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高性能超導導線制成
文章來源:科技日報     更新時間:2024-08-12 14:16:28
脈沖激光沉積技術用于加熱HTS導線,其中激光束燒蝕在基板上沉積為薄膜材料。圖片來源:美國布法羅大學

  科技日報北京8月11日電 (記者張夢然)美國布法羅大學領導的團隊研制出世界性能最高的高溫超導(HTS)導線段,為人類駕馭磁力開辟了全新可能性,其有望改變現有能源基礎設施,甚至實現商業核聚變。相關報告發表在最新一期《自然·通訊》上。

  高溫超導導線技術能在高于傳統超導體所需溫度下無阻力傳輸電力。新HTS導線以稀土鋇銅氧化物為基礎,涵蓋所有磁場和從5開爾文到77開爾文的工作溫度范圍,這個溫度范圍高于傳統超導體發揮作用所需的溫度。

  在4.2開爾文時,新HTS導線在沒有外部磁場的情況(也稱為自場)下,每平方厘米可承載1.9億安培的電流;而在7特斯拉磁場下,每平方厘米可承載9000萬安培的電流。

  在更高的20開爾文(商業核聚變的預期應用溫度)時,在自場下,這些導線每平方厘米仍可承載超過1.5億安培的電流;在7特斯拉磁場下,每平方厘米可承載超過6000萬安培的電流。

  就臨界電流(在超導體中,可視為無阻流動的最大直流電流)而言,這相當于4.2開爾文時,4毫米寬的導線段在自場下可承載1500安培的超電流;在7特斯拉磁場下,可承載700安培的超電流。在20開爾文時,在自場下可承載1200安培的超電流;在7特斯拉磁場下,可承載500安培的超電流。

  值得注意的是,盡管該團隊研制的HTS薄膜厚度僅為0.2微米,但其承載的電流卻可與厚度幾乎是其10倍的商用超導導線相媲美。

  這些導線表現出強大的將磁渦旋釘住或固定在適當位置的能力。在4.2開爾文時,其釘扎力(釘扎磁渦旋的能力)約為每立方米6.4太牛頓;在20開爾文時,其釘扎力約為每立方米4.2太牛頓,兩者的磁場強度均為7特斯拉。

  這是迄今為止報告的所有磁場和工作溫度下,臨界電流密度和釘扎力的最高值。


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