超导体是一种特殊的导电材料,它表现出迈斯纳效应。迈斯纳效应是指在特定温度以下,电阻变为零,材料内部的磁力线消失的现象。这种现象被称为“超导",由于电阻变为零,即使电流流过材料,也不会产生能量损失。
超导线圈主要采用NbTi、Nb3Sn等线材,通过液氦(-269℃)进行冷却,但在液氮(-196℃)下达到超导状态的高温超导体的实用化也在不断取得进展。
普通电磁铁会因电阻而不断发热,而发热又会进一步增大电阻,因此流过的电流量是有限的。而超导线圈没有电阻,因此即使流过大电流也不会发热。一旦电流通过,电路闭合,电流就会持续流动,电压也不会下降。
超导线圈作为产生强磁场的超导电磁铁,用途广泛。除了以下主要用途外,超导线圈还广泛应用于硅单晶制造设备、重粒子癌症治疗、发电机等各种领域。
超导线圈的代表性应用包括化学和物理学领域的分析仪器——核磁共振波谱仪(NMR)以及用于医疗领域诊断成像的核磁共振成像(MRI)。这些装置利用磁场中的原子核与特定频率的电磁波之间的相互作用,将超导线圈用作电磁铁,产生 强的磁场。
磁约束聚变反应堆产生强磁场,约束超高温等离子体,从而引发聚变反应。超导线圈负责在聚变反应堆中产生这种 强的磁场。
聚变反应堆中使用的超导线圈有多种类型,例如超导环形线圈、超导中心螺线管、超导螺旋线圈和超导极向线圈,并且它们根据聚变反应堆的形状而变化。
在直线电机车中,车辆内部放置超导线圈,为车辆提供动力。这些超导线圈采用南北极交替排列的方式,地面上也放置有推进线圈(普通电磁铁)和悬浮线圈,南北极交替排列。
车辆的推进力来自推进线圈和超导线圈之间的吸引力和排斥力。当超导磁体通过时,电流会流过悬浮线圈,产生磁场。这使得车辆上的超导线圈和悬浮线圈之间产生磁力,使车辆悬浮起来。
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