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主题:聚变PK裂变 -- tojinge

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家园 托卡马克与超导(五)

铜氧化物高温超导体主要有四大类: Bi 系( BiSrCaCuO,BSCCO) 、Y 系( YBaCuO,YBCO) 、Tl系( TlBaCaCuO) 、Hg 系(HgBaCaCuO) ,它们的临界温度都在77K 以上,可以工作在液氮温区。目前实用化的高温超导体有Bi 系( BSCCO) 和Y 系( YBCO) 两类。由于铜氧化物超导体相干长度短,各向异性大,且具有陶瓷特性,所以制备高性能的带( 线) 材,技术难度很高。

第一代Bi 高温超导线材已经商业化生产,主要的制备方法是粉末装管法。目前国内有多家单位可以生产临界电流密度在100A 以上、长度在千米量级的Bi 系带材。然而Bi 系带材的临界电流密度较低( 电流密度约为10KA/cm2 ) ,存在较大的交流损耗,而且制备过程中使用大量的金属Ag,使其在高强磁场、交流设备中的大规模应用受到了极大的限制。

目前托克马克所用的高温超导材料就是Bi系列的,它的电流密度和不适应高磁场环境,所以不能用于超导线圈。作为馈线,可以做得稍微粗一些,而且馈线部分不涉及磁场,所以还能使用。

以YBCO 为代表的第二代高温超导体具有较高的不可逆场( 7T) 和载流能力( 100K - 10MA/cm2 ) ,较低的交流损耗和制备成本( 使用较少的金属Ag),是非常适合于托卡马克装置的。

然而第二代高温超导体非常难以制备,为了获得高性能的Y 系带材,需将具有强立方织构的超导材料复合到一种柔性的金属基带上,因此第二代超导带材难以采用第一代( Bi 系) 的粉末装管法生产。目前主要采用涂层外延生长技术来形成高度的织构相,因此第二代高温超导带材称为涂层导体( CC 导体)。

全世界科技人员都在为第二代高温超导材料的开发进行努力。随便搜搜,就可以得到很多这样的新闻:

http://news.xinhuanet.com/2011-01/23/c_121014146.htm,中国制备出百米长的第二代高温超导体。

http://www.sic.ac.cn/xwzx/kjxx/201309/t20130930_3942697.html

东芝开发出了能够自动将4~5mm宽的带状钇(Y)系高温超导线绕制成三维形状线圈的制造技术。

等等

第二代高温超导(钇系高温超导)发展迅猛,如果用于托卡马克的话,将大幅度降低建设和运营成本,简化整体设计结构,为核聚变成为廉价能源立下汗马功劳。

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