作业帮超导技术提出的历史背景
来源：学生作业帮 编辑：拍题作业网作业帮 分类：物理作业 时间：2024/04/28 20:58:10
超导技术提出的历史背景
超导技术是研究物质在超导状态下的性质、功能以及超导材料、超导器件的研制、开发和应用的技术.某些物质在温度降低到一定值时电阻会完全消失,这种现象称为超导电性.具有超导电性的物质称为超导材料或超导体.超导材料包括金属低温超导材料、陶瓷高温超导材料和有机超导材料等.超导技术的开发和应用对国民经济、军事技术、科学实验与医疗卫生等具有重大价值.
超导电性是荷兰科学家H.K.昂尼斯1911年发现的,他在做低温实验时,意外发现汞线冷却到4.2K时电阻突然消失了.随后科学家们发现许多金属、合金和金属间化合物也具有这种特性.1933年,德国人W.迈斯纳发现超导体具有高抗磁性 ,使磁力线不能透入,人们称之为迈斯纳效应.1957年美国人J.巴丁、L.N.库珀、J.R.施里弗共同提出超导微观理论(BCS理论).1962年,英国人B.D.约瑟夫森从理论上预言超导电流能够穿过一层极薄的绝缘体进入另一超导体,形成隧道超导电流.这种约瑟夫森效应随后为实验所证实.1986年初,美国国际商用机器公司苏黎世研究所的K.A.马勒和J.G.贝诺斯发现,钡镧铜氧化合物在30K时呈现超导电性.这种陶瓷超导材料的发现,为超导技术的发展开辟了新的途径.
1986年以前发现的超导材料是良导体金属、合金和金属间化合物,其临界温度最高不过23.2K,而马勒和贝诺斯发现的超导材料却是氧化物,临界温度比低温超导体高得多,对超导研究具有划时代的意义,世界各国对此都十分重视.1987年中国成立了超导技术专家委员会和国家超导技术联合研究开发中心,统一领导全国的超导研究工作；同年7月美国总统提出《总统超导倡议》,要求政府采取必要措施支持高温超导研究；日本政府和民间企业、大学制订了共同开发超导材料的计划.各国超导科学家以陶瓷材料为对象寻找高临界温度的超导材料,形成了一股世界性的超导研究热,钇钡铜氧化合物、 铋锶钙铜氧化合物、 铊钡钙铜氧化合物等高温超导材料不断涌现.自1986年以来,中国在高温超导技术攻关中取得了一系列重大成就,在某些领域达到了国际领先水平.
超导材料的另一个特性是具有约瑟夫森效应或超导隧道效应,即在两块超导体之间置一绝缘层(厚度约10埃),这时的绝缘层会成为一个“弱”超导体,电流可在其中通过.
判断超导材料性能的指标是临界温度(TC)、 临界磁场(HC) 和临界电流(IC).临界温度是指物质从有电阻变为无电阻的温度；临界磁场是指在一定的温度和无电流存在的情况下,超导体超导电性消失时的磁场阈值；临界电流是指能使超导体由超导态转变为正常态的电流密度值.TC、HC和IC数值越大,超导体的性能越好.
超导技术是一项具有重要应用价值和巨大开发前景的高技术,它在军事上的潜在应用可分为强磁和弱磁两大类.
超导强磁技术主要是利用超导材料能够产生很高的稳态强磁场,据此将可制成超导储能装置、超导电机和电磁推进装置.①超导储能装置.这种储能装置将可长时期储存大量的能量,然后根据需要加以释放.大型超导储能系统(储能10?焦耳)将可作为陆基自由电子激光器或天基定向能武器的功率源.②超导电机.这种电机的体积和质量将比常规电机显著缩小,功率成倍增长,效率大大提高,可为武器装备提供动力.③电磁推进装置.用超导强磁材料制造的电磁推进装置,把电能直接转变为动力,将能以很高的速度推进大质量的物体,在军事上用作舰艇的动力装置,可消除传动噪声,提高隐蔽性；也可用作电磁炮的动力装置.
超导弱磁技术的理论基础是约瑟夫森效应.利用这种效应制成的超导电子器件,将具有功耗低、噪声小、灵敏度高、反应速度快等特点,可进行高精度、弱信号的电磁测量,也可用作超高速电子计算机元器件等.主要的超导电子器件有：①超导弱磁探测器件.超导量子干涉仪、电磁传感器和磁强计等,对磁场和电磁辐射的灵敏度比常规器件高得多,可用于军事侦察.②超导计算机.采用约瑟夫森器件的超导计算机,运算速度将比普通计算机快几十倍,功耗减少到千分之一以下,散热性能很好.③超导高频探测器.如超导红外探测器、参量放大器、混频器、功率放大器等,将使空间监视、通信、导航、气象和武器系统的性能远远超过利用常规器件时的性能.
超导电性是荷兰科学家H.K.昂尼斯1911年发现的,他在做低温实验时,意外发现汞线冷却到4.2K时电阻突然消失了.随后科学家们发现许多金属、合金和金属间化合物也具有这种特性.1933年,德国人W.迈斯纳发现超导体具有高抗磁性 ,使磁力线不能透入,人们称之为迈斯纳效应.1957年美国人J.巴丁、L.N.库珀、J.R.施里弗共同提出超导微观理论(BCS理论).1962年,英国人B.D.约瑟夫森从理论上预言超导电流能够穿过一层极薄的绝缘体进入另一超导体,形成隧道超导电流.这种约瑟夫森效应随后为实验所证实.1986年初,美国国际商用机器公司苏黎世研究所的K.A.马勒和J.G.贝诺斯发现,钡镧铜氧化合物在30K时呈现超导电性.这种陶瓷超导材料的发现,为超导技术的发展开辟了新的途径.
1986年以前发现的超导材料是良导体金属、合金和金属间化合物,其临界温度最高不过23.2K,而马勒和贝诺斯发现的超导材料却是氧化物,临界温度比低温超导体高得多,对超导研究具有划时代的意义,世界各国对此都十分重视.1987年中国成立了超导技术专家委员会和国家超导技术联合研究开发中心,统一领导全国的超导研究工作；同年7月美国总统提出《总统超导倡议》,要求政府采取必要措施支持高温超导研究；日本政府和民间企业、大学制订了共同开发超导材料的计划.各国超导科学家以陶瓷材料为对象寻找高临界温度的超导材料,形成了一股世界性的超导研究热,钇钡铜氧化合物、 铋锶钙铜氧化合物、 铊钡钙铜氧化合物等高温超导材料不断涌现.自1986年以来,中国在高温超导技术攻关中取得了一系列重大成就,在某些领域达到了国际领先水平.
超导材料的另一个特性是具有约瑟夫森效应或超导隧道效应,即在两块超导体之间置一绝缘层(厚度约10埃),这时的绝缘层会成为一个“弱”超导体,电流可在其中通过.
判断超导材料性能的指标是临界温度(TC)、 临界磁场(HC) 和临界电流(IC).临界温度是指物质从有电阻变为无电阻的温度；临界磁场是指在一定的温度和无电流存在的情况下,超导体超导电性消失时的磁场阈值；临界电流是指能使超导体由超导态转变为正常态的电流密度值.TC、HC和IC数值越大,超导体的性能越好.
超导技术是一项具有重要应用价值和巨大开发前景的高技术,它在军事上的潜在应用可分为强磁和弱磁两大类.
超导强磁技术主要是利用超导材料能够产生很高的稳态强磁场,据此将可制成超导储能装置、超导电机和电磁推进装置.①超导储能装置.这种储能装置将可长时期储存大量的能量,然后根据需要加以释放.大型超导储能系统(储能10?焦耳)将可作为陆基自由电子激光器或天基定向能武器的功率源.②超导电机.这种电机的体积和质量将比常规电机显著缩小,功率成倍增长,效率大大提高,可为武器装备提供动力.③电磁推进装置.用超导强磁材料制造的电磁推进装置,把电能直接转变为动力,将能以很高的速度推进大质量的物体,在军事上用作舰艇的动力装置,可消除传动噪声,提高隐蔽性；也可用作电磁炮的动力装置.
超导弱磁技术的理论基础是约瑟夫森效应.利用这种效应制成的超导电子器件,将具有功耗低、噪声小、灵敏度高、反应速度快等特点,可进行高精度、弱信号的电磁测量,也可用作超高速电子计算机元器件等.主要的超导电子器件有：①超导弱磁探测器件.超导量子干涉仪、电磁传感器和磁强计等,对磁场和电磁辐射的灵敏度比常规器件高得多,可用于军事侦察.②超导计算机.采用约瑟夫森器件的超导计算机,运算速度将比普通计算机快几十倍,功耗减少到千分之一以下,散热性能很好.③超导高频探测器.如超导红外探测器、参量放大器、混频器、功率放大器等,将使空间监视、通信、导航、气象和武器系统的性能远远超过利用常规器件时的性能.