超導(dǎo)材料及其應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景

1、超導(dǎo)材料及其應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景超導(dǎo)體不僅在臨界溫度下具有零電阻特性，而且在一定的條件下具有常規(guī)導(dǎo)體完全不具備的電磁特性，因而在電氣與電子工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。我國(guó)在超導(dǎo)材料及其應(yīng)用領(lǐng)域總體上處于國(guó)際先進(jìn)行列，基本掌握了各種實(shí)用化超導(dǎo)材料的制備技術(shù)，在多個(gè)應(yīng)用方面也取得了良好的發(fā)展。我國(guó)超導(dǎo)材料及其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗵剿鞲吲R界溫度的超導(dǎo)體，提升超導(dǎo)材料及其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展水平。1911年，荷蘭萊登實(shí)驗(yàn)室的卡麥林昂尼斯在測(cè)蜀氐溫下金屬的電導(dǎo)率時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度下降到4.2K時(shí)，汞的電阻完全消失（如圖1所示），他把具有這種現(xiàn)象的導(dǎo)體稱為超導(dǎo)體。經(jīng)過(guò)近50年的研究，科學(xué)家仍陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體不僅在一定溫度

2、（也稱為臨界溫度，簡(jiǎn)稱Tc）之下具有零電阻特性而且在一定的條件下具有高空度載流能力、完全抗磁忸邁斯納效應(yīng)1約瑟夫森效應(yīng)等常規(guī)導(dǎo)體完全不具備的電磁特性，因而在電氣與電子工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值（見表11根據(jù)應(yīng)用的具體需求，工程師們可以將超導(dǎo)體制備成各種超導(dǎo)材料，如超導(dǎo)線材、超導(dǎo)帶材、超導(dǎo)薄膜、復(fù)合超導(dǎo)體等。經(jīng)歷了100多年的研究,人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多達(dá)數(shù)萬(wàn)種超導(dǎo)體。按照超導(dǎo)體的臨界溫度，可以將超導(dǎo)體分為低溫超導(dǎo)體高溫超導(dǎo)體，臨界溫度低于25K-30K超導(dǎo)體為低溫超導(dǎo)體，臨界溫度高于25K-30K超導(dǎo)體為高溫超導(dǎo)體。目前，基于低溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用裝置一般工作在液氨溫度（4.2K及以下），基于高溫超導(dǎo)材

3、料的應(yīng)用裝置一般工作在液氫溫度（約20K）至液氮溫度（約77K）之間。探索出更高臨界溫度乃至室溫的超導(dǎo)體是人類不斷追求的夢(mèng)想。超導(dǎo)材料的發(fā)展現(xiàn)狀與前景盡管人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)萬(wàn)種超導(dǎo)體，但真正具有實(shí)用價(jià)值的超導(dǎo)體并不多。目前得到應(yīng)用的低溫超導(dǎo)體主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等，具有實(shí)用價(jià)值的高溫超導(dǎo)體主要包括祕(mì)系（BSCCO,Tc約90K-110K,也稱為第一代高溫超導(dǎo)材料，主要包括BSCCO-2212和BSCCO-2223兩種，也簡(jiǎn)稱Bi-2212或Bi-2223憶系（Tc約90K,YBCO或ReBCO,也稱為第二代高溫超導(dǎo)材料X進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，MgB2（Tc為39K）和鐵基超導(dǎo)體（

4、Tc最高為55K）相繼被發(fā)現(xiàn)，成為兩種新的具有實(shí)際應(yīng)用潛力的超導(dǎo)體。低溫超導(dǎo)材料發(fā)展現(xiàn)狀與前景超導(dǎo)材料主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等。自上世紀(jì)60年代以來(lái)，其制備技術(shù)與工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，并推動(dòng)了如加速器磁體、核聚變工程用超導(dǎo)磁體、核磁共振（MRI和NMR）磁體、通用超導(dǎo)磁體等的發(fā)展，并由此形成了具有一定規(guī)模的超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。目前，美國(guó)、歐盟和日本等國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)有一大批的企業(yè)可以生產(chǎn)各種面向不同應(yīng)用需求的低溫超導(dǎo)材料。2006年,我國(guó)加入了國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃，從而使我國(guó)低溫超導(dǎo)材料的發(fā)展迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇。作為國(guó)內(nèi)極少的低溫超導(dǎo)線材產(chǎn)業(yè)化公司，西部超導(dǎo)材料科技有限公司承

5、擔(dān)了174噸NbTi超導(dǎo)繚口35噸Nb3Sn超導(dǎo)線的生產(chǎn)任務(wù)，通過(guò)自主開發(fā)，掌握了成套技術(shù)和工藝，并于2017年全部交付預(yù)訂的產(chǎn)品，得到了國(guó)際同行的高度評(píng)價(jià)，總體上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。ITER項(xiàng)目極大推動(dòng)了我國(guó)低溫超導(dǎo)材料的發(fā)展，也為我國(guó)自主開發(fā)MRL加速器和核聚變磁體提供了超導(dǎo)材料供應(yīng)的保障。盡管受到高溫超導(dǎo)材料不斷發(fā)展的挑戰(zhàn)，但是低溫超導(dǎo)材料在批量化加工技術(shù)、成本、使用穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)無(wú)可替代。且隨著制冷技術(shù)的不斷發(fā)展，也使得低溫超導(dǎo)裝置對(duì)液氨的依賴程度逐漸降低，低溫超導(dǎo)材料在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍將是最主要的超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)支柱性材料。由于低溫超導(dǎo)材料的性能水平和工藝路線已經(jīng)相當(dāng)成熟，國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)

6、主要來(lái)自產(chǎn)品性價(jià)比的競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)西部超導(dǎo)材料科技有限公司已經(jīng)在低溫超導(dǎo)材料的生產(chǎn)方面形成了自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，今后將進(jìn)一步根據(jù)應(yīng)用需求不斷優(yōu)化工藝和提高材料的性能水平，特別是圍繞中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR超級(jí)質(zhì)子對(duì)撞機(jī)(SPPC)和國(guó)內(nèi)MRI市場(chǎng)發(fā)展需求，形成與國(guó)內(nèi)需求相匹配的生產(chǎn)能力。高溫超導(dǎo)材料發(fā)展現(xiàn)狀與前景Bi系高溫超導(dǎo)材料Bi系超導(dǎo)體是一種陶瓷結(jié)構(gòu)的材料。為了制備成實(shí)用的超導(dǎo)材料，一般采用粉末套管法(PIT),即將制備材料所需的粉末包黑在金屬套管里(一般采用銀作為套管)制備成導(dǎo)線，然后再通過(guò)燒結(jié)形成超導(dǎo)導(dǎo)線(帶狀導(dǎo)線，也稱為超導(dǎo)帶材X自上世紀(jì)末成功采用粉末套管法制備出長(zhǎng)帶以來(lái)，Bi-22

7、23超導(dǎo)帶材的制備技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。國(guó)內(nèi)外具備了批量化生產(chǎn)千米級(jí)長(zhǎng)帶能力的公司有美國(guó)超導(dǎo)公司(AMSC北京英納公司(INNOST1德國(guó)布魯克公司(BRUKER日本住友電氣公司(SUMITOMO)等多家公司。2006年，日本住友電氣公司組建了30MPa的冷壁式ControlledOverpressure(CT-OP)熱處理方案,成功制備臨界電流達(dá)到150A的帶材，這一成果引起了世界同行的極大關(guān)注。目前，住友電氣已經(jīng)可以生產(chǎn)出臨界電流達(dá)到200A的千米級(jí)Bi-2223超導(dǎo)帶材，這是Bi-2223目前所達(dá)到的最高水平。到目前為止，世界上Bi-2223帶材的年生產(chǎn)能力總和已達(dá)千公里以上，為高溫超導(dǎo)電力

8、應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的要出。表2列出了目前國(guó)內(nèi)外主要的Bi-2223供應(yīng)商提供的超導(dǎo)帶材的性能。B-2212超導(dǎo)帶材主要用于高場(chǎng)超導(dǎo)磁體技術(shù)的研發(fā)，目前國(guó)內(nèi)外主要有英國(guó)牛津儀器公司和我國(guó)的西北有色金屬研究院開展此類超導(dǎo)帶材的研究，其中牛津儀器公司已經(jīng)可以提供千米級(jí)的Bi-2212帶材，具工程臨界電流密度已經(jīng)超過(guò)200A/mm2(4.2K,20T今后的主要挑戰(zhàn)是研制出機(jī)械強(qiáng)度高的復(fù)合導(dǎo)線，但由于YBCO帶材在高場(chǎng)下具有很高的臨界電流密度且其機(jī)械強(qiáng)度高，Bi-2212的研究已經(jīng)開始有所收縮。Y系高溫超導(dǎo)材料YBCO（或ReBCO）超導(dǎo)體在磁場(chǎng)下的性能比Bi-2223更為優(yōu)越，它在77K下的不可

9、逆場(chǎng)達(dá)到了7T,高出Bi-2223一個(gè)量級(jí)，因而近年來(lái)受到了更多的關(guān)注。獲得高性能的第二代高溫超導(dǎo)（Y系）帶材的主要障礙是弱連接問(wèn)題，相鄰的YBCO晶粒間的晶界角是決定超導(dǎo)體能否承載無(wú)阻大電流的關(guān)鍵。另外，由于YBCO的電流傳輸主要在其a-b面內(nèi)，因此要獲得高性能的第二代高溫超導(dǎo)帶材，必須先在柔性的金屬基帶上制備出c軸垂直于基帶表面的強(qiáng)立方織構(gòu)的YBCO層。而長(zhǎng)尺度的強(qiáng)立方織構(gòu)YBCO的獲得一般需要采用涂層技術(shù)的外延生長(zhǎng)，因此YBCO超導(dǎo)帶材也被稱為涂層導(dǎo)體。自1999年第一根100m長(zhǎng)YBCO高溫超導(dǎo)帶材被制備出來(lái)以后，YBCO高溫超導(dǎo)帶材的研究逐漸開始向企業(yè)轉(zhuǎn)移。目前，該方面研發(fā)領(lǐng)先的是日

10、本Fujikura公司、美國(guó)超導(dǎo)公司、美國(guó)Superpower公司、韓國(guó)的SuNAM公司等。我國(guó)從"十二五”開始，由于企業(yè)的介入，YBCO帶材的制備技術(shù)也迅猛發(fā)展，并進(jìn)入到世界先進(jìn)水平行列。2004年Fujikura公司制備出長(zhǎng)度為100m、臨界電流超過(guò)100A的YBCO超導(dǎo)帶材;2011年4月制備出了長(zhǎng)度為816.4m、平均電流為572A的YBCO帶材，其IcxL值達(dá)至U466981Am,創(chuàng)造出新的世界記錄。美國(guó)超導(dǎo)公司采用RABiTS/MOD技價(jià)涮備YBCO帶材，在4cm的競(jìng)帶上沉積中間層W超導(dǎo)層，因此其制備效率大大提高。美國(guó)Superpower公司是世界上第一家制備出千米級(jí)的Y

11、BCO高溫超導(dǎo)帶材的廠商，2007年之前一直保持看lexL值的世界紀(jì)錄，2007年之后，9口日本的Fujikura公司交替領(lǐng)先。我國(guó)的蘇州新材料研究所是國(guó)內(nèi)第一家專注于YBCO高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)化的高科技企業(yè)，2016年底制備出的千米帶材IcxL值達(dá)到644100Am,是目前的世界領(lǐng)先水平。此外，上海超導(dǎo)科技股份有限公司和上海上創(chuàng)超導(dǎo)科技有限公司也都是專注于YBCO高溫超導(dǎo)帶材制備的公司，也都具備了數(shù)百米級(jí)帶材的批量供應(yīng)能力。YBCO高溫超導(dǎo)帶材是一種多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括金屬基帶、多層隔離層、YBCO超導(dǎo)層、銀保護(hù)層、穩(wěn)定層等，其中，如何得到具有雙軸織構(gòu)特性的YBCO超導(dǎo)層是關(guān)鍵。為了獲得具有雙軸

12、織構(gòu)的YBCO超導(dǎo)層，首先需要獲得相鄰晶粒的晶界角小于5°的柔性基帶。因此，或者通過(guò)扎制變形熱處理直接制備出具有立方織構(gòu)的金屬基帶（RABiTS技術(shù)），或者在多晶的金屬基帶上生長(zhǎng)出具有立方織構(gòu)的種子層（IBAD技術(shù)）,然后再外延緩沖層、超導(dǎo)層等。不管是RABiTS技術(shù)，還是IBAD技術(shù)，以及以后的緩沖層的生長(zhǎng),都需要在納米尺度上控制晶粒的生長(zhǎng)，同時(shí)，又要求在千米級(jí)的長(zhǎng)度上所有晶粒都保持同樣取向，這些都是YBCO材料制備的重要挑戰(zhàn)。目前，YBCO帶材的性能距離其理論水平還有較大差距,如何克服上曲E戰(zhàn)是進(jìn)一步提高YBCO水平的關(guān)鍵因素。鐵基超導(dǎo)栩斗2008年2月，日本東京工業(yè)大學(xué)Hoso

13、no研究組報(bào)道了轉(zhuǎn)變溫度為26K的鐵基超導(dǎo)體，引起了超導(dǎo)界的強(qiáng)烈關(guān)注。從應(yīng)用角度來(lái)看，鐵基超導(dǎo)體具有臨界溫度較高（Tc最高可達(dá)55K上臨界場(chǎng)高（Hc2>100T各向異性小、臨界電流密度高（Jc>106A/cm2）等特點(diǎn)，有望在超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)（SMES核磁共振譜儀（NMR下一代高能物理加速器、未來(lái)核聚變裝置等方面得到應(yīng)用。與Bi-2223一樣，鐵基超導(dǎo)帶材的制備一般也采用粉末裝管法（PIT法1目前，國(guó)內(nèi)外從事鐵基超導(dǎo)線帶材研究的主要單位為中國(guó)科學(xué)院電工研究所、美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)、日本國(guó)立材料研究所、東京大學(xué)、意大利熱那亞大學(xué)、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、澳大利亞臥龍崗大學(xué)等。其中，中國(guó)科

14、學(xué)院電工研究所在高性能鐵基超導(dǎo)材料的研制中一直走在世界前列。2014年，中國(guó)科學(xué)院電工研究所首次將鐵基超導(dǎo)線帶材的臨界電流密度提高到105A/cm2（4.2K,10T）,達(dá)到實(shí)用化水平。最近，中國(guó)科學(xué)院電工研究所通過(guò)優(yōu)化工藝,制備的鐵基超導(dǎo)線帶材Jc達(dá)到1.5x105A/cm2（4.2K,10T）,這是目前國(guó)際關(guān)于鐵基超導(dǎo)線帶材文獻(xiàn)中報(bào)道的最高紀(jì)錄值。另外,通過(guò)對(duì)制備過(guò)程中涉及的相組分與微結(jié)構(gòu)控制、界面復(fù)合體均勻加工等關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究，解決了鐵基超導(dǎo)線規(guī)模化制備中的均勻性、穩(wěn)定性和重復(fù)性等技術(shù)難點(diǎn),并于2016年成功制備出長(zhǎng)度達(dá)到115m的7芯鐵基百米長(zhǎng)線（如圖2所示），該工作被譽(yù)為是鐵基超

15、導(dǎo)材料從實(shí)驗(yàn)室研究走向產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的里程碑，奠定了鐵基超導(dǎo)材料在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、國(guó)防等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用基從應(yīng)用的角度來(lái)講，鐵基超導(dǎo)材料的制備成本可望比BSCCO和YBCO帶材低廉。研究表明：采用銅或的乍為套管，也可以制備出鐵基超導(dǎo)帶材，為了提高加工性能，也可以采用銀和銅或鐵的復(fù)合套管，從而有效降低鐵基超導(dǎo)材料的制備成本。但其主要擬隅是，能否從工藝上實(shí)現(xiàn)與純銀套管同樣的性能，如能做到這一點(diǎn)，鐵基超導(dǎo)帶材在高場(chǎng)超導(dǎo)磁體等方面的應(yīng)用將具有比BSCCO和YBCO更為顯著的優(yōu)勢(shì)。需要提到的是,2001年，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了二硼化鎂（MgB2）超導(dǎo)體，其轉(zhuǎn)變溫度達(dá)39K。MgB2超導(dǎo)材料具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、成本

16、低廉等優(yōu)點(diǎn);目前，意大?IJColumbus公司和美國(guó)HyperTech公司均可商業(yè)化制備并批量生產(chǎn)千米級(jí)MgB2長(zhǎng)線。但是，目前MgB2長(zhǎng)線的總體性能在液氮溫度還無(wú)法與低溫超導(dǎo)材料相比，在更高溫度下也無(wú)法與鐵基超導(dǎo)材料相比，因此國(guó)內(nèi)外研究有所停滯的趨勢(shì)。超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景超導(dǎo)電力技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景由于超導(dǎo)線的載流能力可以達(dá)到1001000A/mm2（大約是普通銅導(dǎo)線或鋁導(dǎo)線的載流能力的50-500倍），且其直流狀態(tài)下的傳輸損耗為零，因此利用超導(dǎo)線制備的電力設(shè)備，具有損耗低、效率高、占空間小的優(yōu)勢(shì)。由于超導(dǎo)線在電流超過(guò)其臨界電流時(shí)，會(huì)失去超導(dǎo)性而呈現(xiàn)較大的電阻率，因而用超導(dǎo)線制成的限流

17、設(shè)備（超導(dǎo)限流器,FCL）可以在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)自動(dòng)限制短路電流的上升，從而有效保護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，利用超導(dǎo)線研制的超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)（SMES）是一種高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)（效率可達(dá)95%以上）,且具有快速高功率響應(yīng)和靈活可控的特點(diǎn)，對(duì)于解決電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性和瞬態(tài)功率平衡問(wèn)題也具有潛在應(yīng)用價(jià)值。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在超導(dǎo)電力技術(shù)研發(fā)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，公里級(jí)的超導(dǎo)輸電電纜、容量達(dá)到1MVA以上的超導(dǎo)變壓器、輸電電壓等級(jí)的超導(dǎo)限流器（llOkV及以上MW級(jí)的超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)、36.5MW級(jí)的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)、79MW的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、810MVar的超導(dǎo)同步調(diào)相機(jī)等均已經(jīng)在實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行示范，取得良好的示范

18、效果。其中，美國(guó)超導(dǎo)公司的MW級(jí)超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)和8lOMVar級(jí)的超導(dǎo)同步調(diào)相機(jī)還出售過(guò)產(chǎn)品。我國(guó)超導(dǎo)電力技術(shù)應(yīng)用研發(fā)總體上處于國(guó)際同行的前列水平，并具有自身的特色和優(yōu)勢(shì)。例如，中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制成的360米、10kA高溫超導(dǎo)輸電電纜于2013年在河南中孚鋁業(yè)有限公司投入運(yùn)行，為電解鋁廠供電，這是全球首條投入實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的高溫超導(dǎo)直流電纜，也是國(guó)際上傳輸電流最大的高溫超導(dǎo)電纜。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā),中國(guó)科學(xué)院電工研究所還完成了世界首座10kV級(jí)超導(dǎo)變電站的研制和建設(shè)，該超導(dǎo)變電站包括高溫超導(dǎo)電纜、高溫超導(dǎo)限流器、高溫超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)等多種超導(dǎo)電力裝置，并且于2011年2月初在甘肅省白銀市

19、投入工程示范運(yùn)行，為下游多家企業(yè)提供高質(zhì)量的電力供應(yīng)。超導(dǎo)電力技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展面臨的主勃E戰(zhàn)在于超導(dǎo)材料的性價(jià)比是否能夠做到與傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料相近、低溫制冷系統(tǒng)能否具有長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。特別是，如果能夠探索出更高臨界溫度的超導(dǎo)體乃至室溫超導(dǎo)體，且這類新的超導(dǎo)體具有良好的電磁性能，那么超導(dǎo)電力技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用必將成為現(xiàn)實(shí)。超導(dǎo)磁體技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用強(qiáng)磁場(chǎng)條件有助于實(shí)現(xiàn)特有的功能和發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，因此在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有重要的應(yīng)用價(jià)值。自從上世紀(jì)60年以來(lái)，隨著實(shí)用化低溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)磁體技術(shù)得到了很大發(fā)展，并在核磁共振、大科學(xué)工程、科學(xué)儀器和工業(yè)裝備等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)成為一門相

20、當(dāng)成熟的技術(shù)。超導(dǎo)磁共振成像（MRI）是低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)最早實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)域，目前主流產(chǎn)品為1.5T、3.0T螺管型磁共振成像用超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有數(shù)十家企業(yè)可以提供此類產(chǎn)品。我國(guó)的1.5TMRI系統(tǒng)雖然大部分仍為進(jìn)口產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)廠商占據(jù)的市場(chǎng)份額正在迅速增加。近年來(lái)，我國(guó)自主研發(fā)的0.5T、0.7T開放式磁共振成像用超導(dǎo)磁體及整機(jī)系統(tǒng)，也正在積極開拓國(guó)際市場(chǎng)。核磁共振譜儀（NMR）是超導(dǎo)磁體的另一主要應(yīng)用領(lǐng)域。目前普遍使用的NMR磁體具有標(biāo)準(zhǔn)孑宅54mm89mm,磁場(chǎng)從4.7T到23.5T,對(duì)應(yīng)頻率為200-1000MHz,950MHz-1000MHz的超導(dǎo)NMR也達(dá)到了商業(yè)應(yīng)

21、用水平。目前，世界范圍內(nèi)正在開發(fā)1.25GHzNMR系統(tǒng)以發(fā)現(xiàn)新型的藥物和解開遺傳變異之謎。中科院電工所先后研制成功各種用于不同科學(xué)儀器、醫(yī)療和特種裝備的超導(dǎo)強(qiáng)磁系統(tǒng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度5T-16T和溫孔（p80330mm以及400-500MHz的核磁共振譜儀系統(tǒng)，目前正在開展1.05GHz譜儀和9.4T/q）800mm全身核磁共振成像超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的研制。高能加速器是超導(dǎo)磁體在大科學(xué)工程中應(yīng)用的一個(gè)重要的領(lǐng)域，如歐洲的LHC,美國(guó)的RHIC以及德國(guó)的DESY、GSI等高磁場(chǎng)加速器磁體系統(tǒng)已相繼建成和投入運(yùn)行。我國(guó)中科院高能物理研究所、蘭州近代物理所、中科院等離子所、上海應(yīng)用物理研究所圍繞ADS和高能探測(cè)

22、器等也開展了系列研究與開發(fā)。在核聚變領(lǐng)域,托卡馬克（Tokamak仿星器（Stellarator）和磁鏡（Mirrormachines）以及懸浮等離子體實(shí)驗(yàn)裝置（LDX）也需要超導(dǎo)磁體作為支撐。世界上已經(jīng)建成的超導(dǎo)Tokamak系統(tǒng)主要包括：法國(guó)的ToreSupera,俄羅斯Kurchatov原子能研究所的T15和T7,中國(guó)的EAST超導(dǎo)Tokamak,其中均采用NbTi超厚線圈。1992年由多個(gè)國(guó)家參與建設(shè)的ITER工程設(shè)計(jì)正式開始，2005年ITERTokamak正式選址在法國(guó)的Cadarache核中心，最大磁場(chǎng)達(dá)到13T。同時(shí)，一些不同用途的反應(yīng)裝置也將相繼建設(shè)，如中國(guó)的CFETR,韓國(guó)

23、的KDEMO等。超導(dǎo)磁體技術(shù)今后發(fā)展的主要挑戰(zhàn)包括：研制大口徑高場(chǎng)核磁共振成像系統(tǒng)用超導(dǎo)磁體（9.4T及以上、口徑800mml磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)25T及以上的核磁共振譜儀用超導(dǎo)磁體以及超高場(chǎng)的通用超導(dǎo)磁體（30T及以上這些特種超導(dǎo)磁體的發(fā)展對(duì)于人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)和生命的結(jié)構(gòu)及活動(dòng)規(guī)律具有重要的意義。超導(dǎo)電子學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀及前景超導(dǎo)電子學(xué)應(yīng)用主要包括微波通信應(yīng)用、約瑟夫森結(jié)的各種應(yīng)用及單光子探測(cè)等。與上述的超導(dǎo)電力技術(shù)及超導(dǎo)磁體技術(shù)應(yīng)用不同，超導(dǎo)電子學(xué)應(yīng)用主要是基于超導(dǎo)薄膜材料和超導(dǎo)納米線等超導(dǎo)材料。目前，超導(dǎo)薄膜的制備（如Nb薄膜YBCO薄膜）技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,實(shí)驗(yàn)室制備超導(dǎo)薄膜已經(jīng)成為研究超導(dǎo)物理的鄲出性實(shí)驗(yàn)手段?；诔瑢?dǎo)薄膜的微波通信用濾波器，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)具備批量生產(chǎn)的能力，代表性的