超导电力技术新进展及其未来发展的思考

近年来高温超导材料研究取得很大进展,它在电力领域的应用研究已受到广泛关注,一些示范样机,诸如高温超导输电电缆、变压器、故障电流限制器、电机和储能装置已经研制成功并投入示范性试验.超导技术是21世纪具有战略经济意义的高新技术,文章将介绍高温超导电力应用研究的新进展及其未来发展的思考。     

高温超导感应电机的电磁性能分析

总结了高温超导电机的研究背景及国内外研究现状。分别对不同类型的高温超导电机的特性进行了简要分析,考虑到转子型超导电机的不足之处,研究设计了一种定子型的高温超导感应电机,并利用ANSOFT软件对该高温超导电机进行仿真。仿真包括空载工况和负载工况,通过对仿真结果的分析得到了电机内部磁场的分布规律及电机性能参数。电机空载气隙磁场最大幅值为0.7 T,满足性能要求。空载时启动性能良好,稳态时转矩脉动小,定子电流在超导线圈的临界电流以下,能够保证超导电机稳定运行。负载时最大转矩倍数为3.76,过载能力良好。     

自旋涨落与非常规超导配对

铜氧化物高温超导、铁基高温超导、重费米子超导和k-型层状有机超导等超导体的超导态都与磁性有序态相邻,且超导能隙在动量空间一般存在变号.因此,这些超导体的超导机理被认为有别于常规BCS超导中的电子交换声子导致的各向同性s-波配对.在这些非常规超导中,自旋涨落被认为是导致电子形成库珀对的主要起源之一.本文主要以铜基和铁基高温超导为例简要综述非常规超导中的自旋序和自旋涨落性质,二维哈伯徳模型中超导的起因及在解释铜基和铁基高温超导配对对称性的应用,以及与非常规超导紧密相关的中子自旋共振模性质和理论解释.我们认为,尽管磁性和超导性的相互影响已经过多年研究,但仍是当前一个富有挑战的活跃研究领域.     

中国超导电子学研究及应用进展

超导体的发现距今已有近110年了,高温超导体的发现也已经有30多年了.超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展.高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能,已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用.超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度,成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段.包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射,具有接近量子极限的超高灵敏度,在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用.超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件.超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图,成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一.在计量科学中,超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中.在当前的量子信息技术热潮中,超导电子学扮演重要角色,同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展.本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.     

空芯大气隙高温超导直线电机电磁力实验研究

直线电机是一种无需中间传动装置而直接将电磁力转换为线性运动的特种电机,在交通运输领域具有广泛的应用前景.将高温超导技术与电机理论相结合,能够有效利用超导材料的强载流能力与高场特性提高直线电机的输出能力.本文提出了一种应用于超导磁悬浮列车牵引的空芯高温超导直线电机,首先建立空芯高温超导直线电机的二维有限元模型对电机结构参数进行初步探索,并完成了超导直线电机样机的设计与制作.通过搭建实验测试平台完成了空芯高温超导直线电机定子磁场和电磁力的实验测试.有限元计算结果与实验数据有较好的一致性,验证了模型的有效性,并利用该模型研究了定子电流,超导线圈电流以及电机气隙对电机推进力输出的影响.本文的相关成果将促进超高速磁浮交通领域关键驱动技术的研究与发展.     

过冷液氮冷却系统应用研究

介绍了过冷液氮冷却系统的类别和原理,探究了系统在低温波荡器、超导电缆和高温超导电机等领域的应用,并对系统的改进和应用前景作了展望。     

低维超导的实验进展

超导自发现以来, 已成为凝聚态物理领域最重要的方向之一. 近年来, 低维材料制备技术的进步使得一维或二维的超导特性实验研究成为可能. 本文在简要介绍超导现象的基础上, 重点回顾了近些年二维超导薄膜和一维超导纳米线的制备和电输运研究, 以及在低维超导体中发现的相移、近邻效应、铁磁超导相互作用和高温超导等新奇的现象, 并对该领域的进一步发展做出了展望.     

超导及其应用专题编者按

1911年荷兰科学家Heike Kamerlingh Onnes首次在金属汞中发现超导现象以来,超导作为人类发现的第一个宏观量子现象已经有百余年的研究历史.在这百余年的时间里,人们对传统的低温超导材料的认识及应用已经取得了巨大的成就,尤其是关于其超导机理的BCS理论的建立极大地推动了凝聚态物理的发展.在铜氧化物高温超导体发现后的近三十余年里,源于对其机理的研究开辟了基础物理新的领域,也为超导体的应用带来了新的技术.然而,非常规高温超导机理的研究和高临界参数的新超导体的探索仍面临许多挑战.     

磁悬浮列车与超导

据悉,在不久的将来,建造从北京到上海的长距离磁悬浮列车,到那时,乘坐磁悬浮列车从上海到北京只需4个小时. 超导是超导电性的简称,它是指金属、合金及其氧化物的电阻变为零的性质.自1911年荷兰物理学家昂纳斯(H.K.Onnes)发现低温超导现象以来,对超导的研究和应用,特别是1986年后高温超导的研究和应用,已取得重大进展.     

基于解析法的超导发电机磁场分析与结构优化

混合型高温超导发电机采用高温超导带材作励磁材料,结构上与传统电机有较大的不同,设计方法也不尽相同.本文基于傅里叶变换将超导发电机的励磁集中绕组等效为沿转子圆周正弦分布的激励源,建立了超导发电机磁场分析模型.对电机气隙磁场分布进行了求解,并分析了不同绕组张角时气隙磁密波形中的谐波含量.通过参数化分析,研究了不同环境屏、转子的尺寸对电机功率密度的影响.采用有限元法对磁场求解结果进行了验证,结果一致性较好.研究结果表明,励磁绕组张角会对电机气隙磁密波形产生影响,合理设置超导发电机环境屏及转子结构,可以提高超导发动机的功率密度.     

物理实验教学改革探索

本文提出了目前物理实验教学中存在的问题及所采取的措施,取得了良好的效果。     

Matlab在PN结特性研究实验数据处理中的应用

在pn结物理特性研究实验中,为了验证流过pn结的正向电流和加在pn结两端的正向电压满足指数关系,通常的做法是通过测量数据,选择几种函数关系,把数据代入分别验证。本文主要介绍利用matlab工具箱来处理该实验中的数据,比通常的做法简单方便且更直观,能够让实验者对该实验有深一步的认识。     

电涡流传感器互换性的研究

本介绍了电涡流传感器互换性的概念及提高互换性的方法，并通过实验加以验证。     

用直接法测定黄河矿晶体的超结构

本文分析了黄河矿晶体超结构中赝对称性的特点,详述了用于测定黄河矿晶体超结构的直接法。 关键词：     

铝-铜-镓三元系合金相图

铝-铜-镓三元系合金相图的室温截面已经用X射线方法测定出来了。室温固相截面包含11个单相(即α, γ₂, γ′, δ, ζ₁, ζ₂, η₂, θ, θ′,α_铝和镓)相区,14个双相(即α + ζ₁, α+ γ₂, α + γ′, γ₂ + γ′, γ′+ ζ₁, γ₂+δ, γ′+δ,δ +ζ₂, ζ₂+η₂, η₂+θ,η₂+ θ′, γ′ + θ′, θ′+ 镓和θ+α_铝)相区和9个三相(即α + γ′+ζ₁, α+ γ₂+ γ′, γ₂+ γ′ + δ,γ′ + δ + θ′, δ+ζ₂+θ′, ζ₂ + η₂ + θ′, η₂+ θ′ + 镓, η₂ +θ + 镓和θ +镓+ α_铝)相区。所有单相和三个二元系内室温存在的单相相同,没有新相出现。 关键词：     

测量结果评定中一个疑意的解释

本文对工程专科物理教学中在讨论有限多次测量结果的优劣与测量炊数之间的关系时常常出现的一个疑义作了解释。     

声速测量实验中压电接收端的声压随位置变化的规律

本文介绍了我们所研究的共振干涉接收端声压振幅方程以及用微机解此方程的数学计算方法。     

分光计望远镜视场角的研究

本借助平行光和双面反射镜对分光计望远镜的视场角进行了分析和测量,并通过实验得出了结果。     

非均匀弦的驻波实验

用自制的线密度为ρ（ｘ）＝ａｘ形式的非均匀弦进行驻波实验，取得较好效果，它可以作为对原有的均匀弦驻波实验的改进或开放性实验安排到普物实验中去。     

解决新旧CAI开发软件的衔接问题的方法

本文介绍了在大学物理实验ＣＡＩ软件开发中利用ＶｉｓｕａｌＦｏｘＰｒｏ环境开发应用程序，在事件驱动方式下，实现ＦｏｘＰｒｏ２５过程驱动方式下参数和运行结果的动态显示和子程序的调用的方法，并给出了应用实例。