超導線圈是用超導導線制成的線圈。
超導體是一種特殊的導電材料,它表現(xiàn)出邁斯納效應。在特定溫度以下,電阻變?yōu)榱?,材料?nèi)部的磁場消失。這種現(xiàn)象被稱為“超導”,由于電阻變?yōu)榱?,即使電流流過材料,也不會產(chǎn)生能量損失。
超導線圈主要采用NbTi(鈮鈦)、Nb3Sn(鈮錫)等線材,通過液氦(-269℃)進行冷卻,但在液氮(-196℃)下實現(xiàn)超導的高溫超導體的實際應用也正在取得進展。
普通電磁鐵會因電阻而不斷發(fā)熱,而發(fā)熱又會進一步增大電阻值,因此流過的電流量有限。而超導線圈沒有電阻,因此即使流過大電流也不會發(fā)熱。一旦電流通過,電路閉合,電流就會持續(xù)流動,電壓也不會下降。
超導線圈的用途
超導線圈作為產(chǎn)生強磁場的超導電磁鐵,用途廣泛。除了以下主要用途外,超導線圈還廣泛應用于硅單晶制造設備、重粒子癌癥治療、發(fā)電機等各種領域。
1. 核磁共振和核磁共振成像
核磁共振波譜法(NMR波譜法)是一種用于化學和物理領域的分析儀器,而磁共振成像(MRI)則用于醫(yī)學診斷成像,它們是超導線圈的典型應用。這些裝置利用磁場中的原子核與特定頻率的電磁波相互作用,并將超導線圈用作電磁鐵來產(chǎn)生 強的磁場。
2.核聚變
磁約束聚變反應堆產(chǎn)生強磁場,約束超高溫等離子體,從而引發(fā)聚變反應。超導線圈負責在聚變反應堆中產(chǎn)生這種 強的磁場。
聚變反應堆中使用的超導線圈有多種類型,包括超導環(huán)形線圈、超導中心螺線管、超導螺旋線圈和超導極向線圈,這些線圈根據(jù)聚變反應堆的形狀而有所不同。
3.直線電機
在直線電機車中,車輛內(nèi)部放置超導線圈為車輛提供動力。這些超導線圈的南北極交替排列,地面上也放置有推進線圈(普通電磁鐵)和懸浮線圈,南北極交替排列。
車輛的推進力來自推進線圈和超導線圈之間的吸引力和排斥力。當超導磁體通過時,電流會流過懸浮線圈,產(chǎn)生磁場。這會導致車輛側的超導線圈之間產(chǎn)生磁力,從而使車輛懸浮起來。
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