首頁 > 技術(shù)資料共享
[技術(shù)資料] 超導(dǎo)聚變資料2025
P:2025-04-01 09:04:03
1
一、 有關(guān)ITER的背景材料
1、簡要概況
國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃 ，簡稱“（ITER）計劃”，（ITER：International Thermonuclear Experimental Reactor），ITER計劃[4] 倡議于1985年，并于1988年開始實驗堆的研究設(shè)計工作。經(jīng)過十三年努力，耗資十五億美元，在集成世界聚變研究主要成果基礎(chǔ)上，ITER工程設(shè)計于2001年完成。此后經(jīng)過五年談判，ITER計劃 中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國七方2006年正式簽署聯(lián)合實施協(xié)定，啟動實施ITER計劃。ITER計劃將歷時35年，其中建造階段10年、運行和開發(fā)利用階段20年、去活化階段5年。ITER計劃是目前世界上僅次于國際空間站的又一個國際大科學(xué)工程計劃。該計劃將集成當(dāng)今國際上受控磁約束核聚變的主要科學(xué)和技術(shù)成果，首次建造可實現(xiàn)大規(guī)模聚變反應(yīng)的聚變實驗堆，將研究解決大量技術(shù)難題，是人類受控核聚變研究走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵一步，因此備受各國政府與科技界的高度重視和支持。
核聚變研究是當(dāng)今世界科技界為解決人類未來能源問題而開展的重大國際合作計劃。與不可再生能源和常規(guī)清潔能源不同，聚變能具有資源無限，不污染環(huán)境，不產(chǎn)生高放射性核廢料等優(yōu)點，是人類未來能源的主導(dǎo)形式之一，也是目前認識到的可以最終解決人類社會能源問題和環(huán)境問題、推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。ITER計劃是實現(xiàn)聚變能商業(yè)化必不可少的一步，其目標(biāo)是驗證和平利用聚變能的科學(xué)和技術(shù)可行性。ITER計劃集成了當(dāng)今國際受控磁約束核聚變研究的主要科學(xué)和技術(shù)成果，擁有可靠的科學(xué)依據(jù)并具備堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。國際上對ITER計劃的主流看法是：建造和運行ITER的科學(xué)和工程技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，成功的把握較大，經(jīng)過示范堆、原型堆核電站階段，可在本世紀中葉實現(xiàn)聚變能商業(yè)化。ITER計劃是我國改革開放以來有機會參加的最大的多邊國際大科學(xué)工程合作項目。參加ITER計劃有利于大幅度提升我國在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域參加國際合作的層次；有利于推動我國聚變能研究開發(fā)，加快我國聚變能開發(fā)進程；有利于我國學(xué)習(xí)掌握大型國際科學(xué)工程項目的建設(shè)、管理、運行和維修經(jīng)驗；有利于提高我國超導(dǎo)技術(shù)、稀有金屬材料技術(shù)、高電壓技術(shù)等眾多領(lǐng)域的研究開發(fā)能力；有利于鍛煉和造就一批高水平、高素質(zhì)的科研人員、工程技術(shù)人員和管理人員，為我國聚變事業(yè)的發(fā)展打下堅實人才基礎(chǔ)。2003年1月國務(wù)院批準我國參加ITER計劃談判，經(jīng)過三年談判，2006年5月24日，經(jīng)國務(wù)院批準，中國ITER談判聯(lián)合小組代表我國政府與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同草簽了ITER計劃協(xié)定，標(biāo)志著ITER計劃進入全面實施的準備階段。2006年5月24日，國家科學(xué)技術(shù)部代表我國政府與其他六方一起，在比利時首都布魯塞爾草簽了《國際熱核聚變實驗堆（International Thermonuclear Experimental Reactor）聯(lián)合實施協(xié)定》。這標(biāo)志著ITER計劃實質(zhì)上進入了正式執(zhí)行階段，即將開始工程建設(shè)，也標(biāo)志著我國實質(zhì)上參加了ITER計劃。
ITER裝置不僅反映了國際聚變能研究的最新成果，而且綜合了當(dāng)今世界各領(lǐng)域的一些頂尖技術(shù)，如：大型超導(dǎo)磁體技術(shù)，中能高流強加速器技術(shù)，連續(xù)、大功率毫米波技術(shù)，復(fù)雜的遠程控制技術(shù)等等。
2、聚變原理
歐盟、美、中、俄等2006年草簽系列合作協(xié)議
如果說重原子核在中子打擊下分裂放出的"裂變能"是當(dāng)今原子能電站及原子彈能量的來源，則兩個氫原子核聚合反應(yīng)放出"核聚變能"就是宇宙間所有恒星（包括太陽）釋放光和熱及氫彈的能源。人類已經(jīng)能控制和利用核裂變能，但由于很難將兩個帶正電核的輕原子核靠近從而產(chǎn)生聚變反應(yīng)，控制和利用核聚變能則需要歷經(jīng)長期的、非常艱苦的研發(fā)歷程。在所有的核聚變反應(yīng)中，氫的同位素---氘和氚的核聚變反應(yīng)（即氫彈中的聚變反應(yīng)）是相對比較易于實現(xiàn)的。
氘氚核聚變反應(yīng)也可以釋放巨大能量。氘在海水中儲量極為豐富，一公升海水里提取出的氘，在完全的聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量；氚可在反應(yīng)堆中通過鋰再生，而鋰在地殼和海水中都大量存在。氘氚反應(yīng)的產(chǎn)物沒有放射性，中子對堆結(jié)構(gòu)材料的活化也只產(chǎn)生少量較容易處理的短壽命放射性物質(zhì)。聚變反應(yīng)堆不產(chǎn)生污染環(huán)境的硫、氮氧化物，不釋放溫室效應(yīng)氣體。再考慮到聚變堆的固有安全性，可以說，聚變能是無污染、無長壽命放射性核廢料、資源無限的理想能源。受控?zé)岷司圩兡艿拇笠?guī)模實現(xiàn)將從根本上解決人類社會的能源問題。
考慮到氘和氚原子核能產(chǎn)生聚變反應(yīng)的條件，若要求氘、氚混合氣體中能產(chǎn)生大量核聚變反應(yīng)，則氣體溫度必須達到1億度以上。在這樣高的溫度下，氣體原子中帶負電的電子和帶正電的原子核已完全脫開，各自獨立運動。這種完全由自由的帶電粒子構(gòu)成的高溫氣體被稱為"等離子體"。因此，實現(xiàn)"受控?zé)岷司圩?首先需要解決的問題是用什么方法及如何加熱氣體，使得等離子體溫度能上升到百萬度、千萬度、上億度。但是，超過萬度以上的氣體是不能用任何材料所構(gòu)成的容器約束，使之不飛散的，因此必須尋求某種途徑，防止高溫等離子體逃逸或飛散。具有閉合磁力線的磁場（因為帶電粒子只能沿磁力線運動）是一種最可能的選擇。對不同設(shè)計出的"磁籠"中等離子體運動行為及防止逃逸的研究（即所謂穩(wěn)定性研究），成為實現(xiàn)受控?zé)岷司圩兊牡诙䝼�難點。如果要使高溫等離子體中核聚變反應(yīng)能持續(xù)進行，上億度的高溫必須能長時間維持（不論靠聚變反應(yīng)產(chǎn)生的部分能量，或外加部分能量）�；蛘呖梢哉f，等離子體的能量損失率必須比較小。提高磁籠約束等離子體能量的能力，這是論證實現(xiàn)磁約束核聚變的科學(xué)可行性的第三個主要內(nèi)容。除了驗證科學(xué)可行性外，建設(shè)一個連續(xù)運行的聚變反應(yīng)堆還需要解決加料、排廢、避免雜質(zhì)、中子帶出能量到包層、產(chǎn)氚及返送以及由于聚變反應(yīng)產(chǎn)生大量帶電氦原子核對等離子體的影響等一系列科學(xué)和工程上的難題。
從20世紀40年代末起，各國就開發(fā)了多種磁籠途徑，并由之出發(fā)，對聚變能科學(xué)可行性展開了不同規(guī)模的理論與實驗探索研究。投入科學(xué)家及工程師上千人，經(jīng)費總計每年超過10億美元。各途徑競爭非常激烈，其間紛爭不斷。在這過程中，人們對實現(xiàn)聚變能難度的認識也逐步加深。但從20世紀70年代開始，蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)明的"托克馬克"途徑逐漸顯示出了獨特的優(yōu)點，并在80年代成為聚變能研究的主流途徑。托克馬克裝置又稱環(huán)流器，是一個由環(huán)形封閉磁場組成的"磁籠"。等離子體就被約束在這"磁籠"中，很像一個中空的面包圈,等離子體環(huán)中感生一個很大的環(huán)電流。隨著各國大小不一的托克馬克裝置的建成、投入運行和實驗，托克馬克顯示了較為光明的前景：等離子體達到了數(shù)百萬度，等離子體約束也獲得了明顯效果�？茖W(xué)家們認識到，如果擴大此類裝置的規(guī)模，有可能獲得接近聚變條件的等離子體。
20世紀90年代，在歐洲、日本、美國的幾個大型托克馬克裝置上，聚變能研究取得突破性進展。不論在等離子體溫度、在穩(wěn)定性及在約束方面都已基本達到產(chǎn)生大規(guī)模核聚變的條件。初步進行的氘-氚反應(yīng)實驗，得到16兆瓦的聚變功率�？梢哉f，聚變能的科學(xué)可行性已基本得到論證，有可能考慮建造"聚變能實驗堆"，創(chuàng)造研究大規(guī)模核聚變的條件。
二、超導(dǎo)線材發(fā)展前景
1、高溫超導(dǎo)帶材及其電力應(yīng)用的必要性和前景展望
每一次國際金融危機都會帶來一場上大變革，而決定經(jīng)濟危機應(yīng)對取得勝利的關(guān)鍵是科技的力量。培育新的經(jīng)濟增長帶，特別是新興的戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)占領(lǐng)科技的制高點，也就是占領(lǐng)新型產(chǎn)業(yè)的制高點，將決定著一個國家的未來。超導(dǎo)技術(shù)無疑已成為目前世界各國全力爭取的科技制高點之一。
超導(dǎo)技術(shù)是21世紀具有戰(zhàn)略意義的綜合性高新技術(shù)，具有前瞻性、戰(zhàn)略性。超導(dǎo)帶材是超導(dǎo)電力應(yīng)用的基礎(chǔ)，第二代高溫超導(dǎo)帶材作為目前實用超導(dǎo)材料最為理想的選擇和必然發(fā)展趨勢。毫無疑問，它的研制和發(fā)展是占領(lǐng)超導(dǎo)技術(shù)與相關(guān)高新科技產(chǎn)業(yè)制高點的重要途徑，可創(chuàng)造具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
隨著美國提出以能源為主的振興經(jīng)濟計劃，能源就成為下一個戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)。在奧巴馬的能源戰(zhàn)略中有兩張網(wǎng)，一個是智能電網(wǎng)，一個是超導(dǎo)電網(wǎng)。這兩張網(wǎng)資源消耗低、帶動系數(shù)大、就業(yè)機會多、綜合效益好并具有廣闊的市場前景。如前所述，如果美國大力發(fā)展超導(dǎo)電網(wǎng)，8－10內(nèi)其相應(yīng)的市場將達到30萬億美元，僅此一產(chǎn)業(yè)即可抵全球GDP的40%(相對2008年GDP總值) 。
與世界主要發(fā)達國家和地區(qū)一樣，我國主要城市特別上海市，隨著經(jīng)濟和社會發(fā)展，人們對電能的需求量日益增長，電力系統(tǒng)的容量越來越大，人們對電能質(zhì)量和安全的要求也越來越高，需要對傳統(tǒng)的電力工業(yè)技術(shù)進行革新改造。根據(jù)美國長島示范工程經(jīng)驗，一根超導(dǎo)電纜大約可以提供3～5萬個家庭供電，覆蓋10～20萬人口。依此推算，一根超導(dǎo)電纜基本可以滿足上海的整個陸家嘴地區(qū)的供電。
我國主要城市如上海市，現(xiàn)有的常規(guī)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)存在一些難以克服的缺乏，嚴重地阻礙電力系統(tǒng)的發(fā)展，至少表現(xiàn)在以下幾個方面:①隨著電網(wǎng)容量的增加和規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)的短路容量越來越大。不加限制的短路電流對電氣設(shè)備和正常的工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的危害，還可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰;②常規(guī)電力技術(shù)缺乏快速功率調(diào)節(jié)技術(shù)。這使得電力系統(tǒng)的功率只能維持基本的平衡。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生擾動特別是大的故障，可能導(dǎo)致嚴重的功率失衡，從而引起系統(tǒng)崩潰并對電力系統(tǒng)產(chǎn)生破壞性的危害;③常規(guī)電力系統(tǒng)的效率受到Cu，Al等基本導(dǎo)電材料的限制，要進一步提高難度很大;④常規(guī)電氣設(shè)備占地面積大，而人口密度的大中城市正是負荷中心。隨著上海市經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對電能需求量也不斷增加，因此電網(wǎng)占地的需求量也越來越大。要解決這一問題，必須對電力系統(tǒng)進行根本性的變革;⑤可再生能源如太陽能、風(fēng)力發(fā)電和潮汐能發(fā)電的能量密度低，且易受氣候條件的影響。
要使這些能源能充分有效的利用，必須采用新的技術(shù)措施改善其品質(zhì)，同時使其能有效地儲存并與大電網(wǎng)聯(lián)結(jié)。中國科學(xué)院最近公布的中國至2050年能源科技發(fā)展路線圖指出:2020年、2050年中國電力裝備安全技術(shù)和電網(wǎng)安全新技術(shù)比重將達到50%和90%。屆時超導(dǎo)電力裝置將在電力系統(tǒng)中得到多層次的大規(guī)模應(yīng)用。
如前所述，世界范圍內(nèi)能源供應(yīng)越來越緊張，而大量能耗都是浪費在傳輸線上。2008年全國社會用電總量近35 000億千瓦時，按中國輸電損耗率約為8%～9% 計算，中國每年電量損耗高達3000億度，相當(dāng)于3個投資在1200億元以上的核電站總發(fā)電容量。其中上海市約占3.6% ，每年損耗約112 億度電，折合人民幣100多億元。到2010年，我國總發(fā)電容量將達到550 GW，電網(wǎng)的總損耗將達到47GW，上海地區(qū)電網(wǎng)消耗將達到170億度。隨著經(jīng)濟的發(fā)展及每年總發(fā)電量的增加，線路耗損數(shù)目將更加龐大。超導(dǎo)材料無電阻，能大幅度地降低輸電路的損耗。通過降低電網(wǎng)的損耗，不僅可提高效率，而且可降低燃煤發(fā)電量，從而減少污染排放量�？梢�，發(fā)展超導(dǎo)帶材及其傳輸電纜將提升和改革電力電網(wǎng)，不但能增強經(jīng)濟發(fā)展、優(yōu)化城市環(huán)境，而且對節(jié)能減排以及低碳經(jīng)濟都有非同尋常的意義。
另外，隨著超導(dǎo)材料的規(guī)�；a(chǎn)，超導(dǎo)電力將會得到大力發(fā)展，由此形成的超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)將會整合來自各式各樣的新技術(shù)研發(fā)、新產(chǎn)品制造、新服務(wù)企業(yè)和新型投融機制以及標(biāo)準的制定和安全監(jiān)控機構(gòu)等。上海市如能占領(lǐng)超導(dǎo)帶材這一超導(dǎo)電力高科技的制高點，可望能創(chuàng)造出新的經(jīng)濟推動力和投資機遇，增加大量的就業(yè)機會。
未來10年，隨著第二代高溫超導(dǎo)帶材關(guān)鍵制備技術(shù)的突破，一個以第2代超導(dǎo)帶材為核心的超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)可能會出現(xiàn)井噴現(xiàn)象。由此將會產(chǎn)生行業(yè)眾多的上、下游產(chǎn)業(yè)鏈，屆時我國主要城市，例如上海市的行業(yè)格局將會有所變化，也將大大促進上海市相關(guān)傳統(tǒng)企業(yè)的產(chǎn)品更新和技術(shù)革新進步。
1967年光纖被華裔科學(xué)家高錕(2009年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者)發(fā)明，30年后人們利用光纖技術(shù)成功推進信息產(chǎn)業(yè)革命。1987年兩位華人朱經(jīng)武、趙忠賢同時發(fā)現(xiàn)高于YBaCuO 超導(dǎo)體，10年后的1997年人們實現(xiàn)第一代高溫超導(dǎo)帶材的產(chǎn)業(yè)化制備，2004年實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。縱觀光纖材料的發(fā)明、到首次材料商業(yè)化、再到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的歷程，高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展階段非常相似。由此可以推測超導(dǎo)材料與電纜在電力傳輸方面的應(yīng)用很可能像光纖與光纜在信息傳輸方面的應(yīng)用一樣在其發(fā)現(xiàn)30周年后得到大規(guī)模的發(fā)展，這實際上與國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和各類預(yù)測十分吻合。
根據(jù)國內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢，未來10年之后，隨著超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化，超導(dǎo)電力應(yīng)用，包括超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)磁懸浮車、超導(dǎo)電磁推進器、超導(dǎo)電機驅(qū)動飛機和高溫超導(dǎo)磁成像儀將逐步在上海市的各種領(lǐng)域和場所出現(xiàn)。超導(dǎo)技術(shù)最終將給我們的城市帶來變革性的影響。超導(dǎo)帶材及其電纜應(yīng)用技術(shù)是國家和地方發(fā)展智能電網(wǎng)的迫切需求，根據(jù)2010年7月上海市人民政府與國家電網(wǎng)在滬簽署的關(guān)于智能電網(wǎng)建設(shè)戰(zhàn)略合作協(xié)議，上海市將率先發(fā)展智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，將重點發(fā)展包括“高溫超導(dǎo)”等7個方面產(chǎn)業(yè)和技術(shù)。國家電網(wǎng)與上海市人民政府將分別在北京、上海進行大長度超導(dǎo)電纜并網(wǎng)示范項目建設(shè)。為降低成本和防止國外技術(shù)封鎖，急需國內(nèi)有關(guān)單位研制出高質(zhì)量的2G高溫超導(dǎo)帶材，并能實現(xiàn)批量化制備，進而為將來超導(dǎo)電力工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。
盡管超導(dǎo)材料種類層出不窮，實用化高溫超導(dǎo)材料卻難以一蹴而就。經(jīng)過近20年的發(fā)展，基于Y系薄膜的第二代高溫超導(dǎo)帶材逐步發(fā)展成熟，在完成了千米級連續(xù)化外延工藝和性能的優(yōu)化之后，已成為目前液氮溫度超導(dǎo)性能最好的材料，處于產(chǎn)業(yè)化前夜。為了實現(xiàn)真正意義上的低成本、高機械強度和高不可逆磁場等優(yōu)勢，滿足更廣范圍的應(yīng)用需求，人們正在努力推動第2代高溫超導(dǎo)帶材向低成本、穩(wěn)定化和規(guī)�；较虬l(fā)展。可以預(yù)見，隨著第二代高溫超導(dǎo)帶材研究技術(shù)的進一步成熟，其性能價格比也將大幅下降，最終將會降低到10～25$/kA·m，接近或低于Cu的性價比。屆時開展各種大規(guī)模超導(dǎo)應(yīng)用將變?yōu)榭赡埽袌鲂枨蠛彤a(chǎn)值也將會出現(xiàn)井噴的局面。正如半導(dǎo)體帶來了資訊時代、光纖帶來了傳訊時代，高溫超導(dǎo)材料將從根本上改變?nèi)祟惖挠秒姺绞�，給電力、能源、交通以及其它與電磁有關(guān)的科技業(yè)帶來革命性的發(fā)展。
2、低溫超導(dǎo)材料
�。保梗保蹦旰商m物理學(xué)家卡莫林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在低溫下具有零電阻的超導(dǎo)電性，開創(chuàng)了超導(dǎo)新紀元，為超導(dǎo)在電力應(yīng)用上描繪了美好的前景。１００年來，人們對超導(dǎo)的研究從未停止。１９３３年，荷蘭的物理學(xué)家邁斯納和奧森費爾德又發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的完全抗磁性，稱為邁斯納效應(yīng)，成為超導(dǎo)磁懸浮應(yīng)用的基礎(chǔ)。
１９６２年劍橋大學(xué)實驗物理研究生約瑟夫遜提出在超導(dǎo)結(jié)中電子對可以通過絕緣層形成無阻的超導(dǎo)電流，這個現(xiàn)象稱作約瑟夫遜效應(yīng)，成為微弱電磁信號探測和其他電子學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)。超導(dǎo)現(xiàn)象自從被發(fā)現(xiàn)以來，就以其獨特的魅力持續(xù)不斷地吸引著廣大科學(xué)家的關(guān)注，這不僅因為它能完美地展示物理學(xué)的一些重要規(guī)律，史重要的是它具有很多潛在的應(yīng)用，如能源、信息、醫(yī)療、交通、國防、科學(xué)研究及國防軍工等重大工程，被譽為２１世紀具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)。
１００年來超導(dǎo)研究歷史伴隨著超導(dǎo)材料的發(fā)展，超導(dǎo)材料的發(fā)展是一個由簡單到復(fù)雜的過程，從早期的單質(zhì)、合金到一元乃至現(xiàn)在的多元化合物。超導(dǎo)材料的發(fā)展過程，本質(zhì)上說也是一個臨界溫度不斷提高的過程。人們在金屬和合金、化合物和有機物等材料中也發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了一系列的超導(dǎo)材料。從１９１１年到１９８６年，７５年間從水銀的４．２Ｋ提高到鈮三鍺的２３．２２Ｋ，僅僅提高了１９Ｋ。１９８６年，瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銅氧化合物超導(dǎo)體，掀起了高溫超導(dǎo)研究的熱潮，臨界溫度不斷被突破，可以達到１５０Ｋ。然而，超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)至今，實用化的超導(dǎo)材料寥寥無幾，脆性的氧化物超導(dǎo)材料如何制成柔細的線材成為目前高溫超導(dǎo)的瓶頸。然而，１９世紀６０年代初期發(fā)現(xiàn)的Ｎｂ－Ｔｉ超導(dǎo)材料以其易加工、低成本、耐用成為最成功實用化、商業(yè)化的超導(dǎo)材料，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。尤其是近年來制冷技術(shù)的發(fā)展，打破了制約ＮｂＴｉ低溫超導(dǎo)材料應(yīng)用的枷鎖，極大的減少了Ｎｂ－Ｔｉ超導(dǎo)在應(yīng)用過程的液氦消耗，甚至開發(fā)出了無液氦制冷技術(shù)。ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料已成為超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的先鋒，在醫(yī)療磁共振、磁共振分析譜儀、磁懸浮、磁分選、高能物理、單晶硅生長、超導(dǎo)儲能等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的應(yīng)用前景
超導(dǎo)材料以其零電阻、完全抗磁性的特點，在強調(diào)低碳經(jīng)濟發(fā)展的今天具有廣闊的應(yīng)用前景。ＮｂＴｉ３９ ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料及其產(chǎn)業(yè)化前景分析 超導(dǎo)材料作為一種成熟的商品化超導(dǎo)材料，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，２０１１年消耗量超過３０００Ｔ。低溫ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的產(chǎn)值占據(jù)了超導(dǎo)材料近９０％的市場，而且以每年５％～１０％的速度增長。
世界超導(dǎo)材料市場發(fā)展趨勢及預(yù)測
雖然近年來高溫超導(dǎo)的發(fā)展非常迅猛，但是Ｎｂ－Ｔｉ超導(dǎo)材料在短期內(nèi)是其他超導(dǎo)材料無法替代的。圖５展示了ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料與其他高溫超導(dǎo)材料的價格變化比較。ＮｂＴｉ超導(dǎo)以其低廉的價格在相當(dāng)長一段時間還具有廣闊的前景。高溫超導(dǎo)陶瓷相的特殊結(jié)構(gòu)，使得其制備成本居高不下，脆性的陶瓷相給工程化應(yīng)用也帶來了難度，短期內(nèi)的大規(guī)模應(yīng)用還不現(xiàn)實。表２列出了不同應(yīng)用領(lǐng)域要求的超導(dǎo)電流密度和磁場指標(biāo)，可以看出在實際的工程化應(yīng)用的場強背景下，ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的臨界電流密度（３．０×１０５ Ａ／ｃｍ２＠５Ｔ，４．２Ｋ）具有絕對的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其在醫(yī)療磁共振、工業(yè)磁分選、工業(yè)單晶生長具有絕對的優(yōu)勢。
４�。危猓裕槌瑢�(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化分析
近年來，隨著中國經(jīng)濟實力的增強，國家對低碳經(jīng)濟、和諧社會的發(fā)展需求，超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化迅猛發(fā)展，極大的促進了各超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用企業(yè)對超導(dǎo)材料的需求，尤其是醫(yī)用核磁共振、磁分選、超導(dǎo)磁控單晶硅直拉、高能物理上的長足發(fā)展，對ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的需求十分迫切。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前涉及超導(dǎo)磁共振（ＭＲＩ）系統(tǒng)生產(chǎn)的本土企業(yè)已超過１０家，如上海美時醫(yī)療、上海聯(lián)影醫(yī)療、上�？ǜ＠�、南京豐盛超導(dǎo)、蘇州安科、北京匯影醫(yī)療、北京萬東醫(yī)療、遼寧開普醫(yī)療、東軟醫(yī)療、寧波鑫高益等。此外還有醫(yī)療設(shè)別三大壟斷企業(yè)ＧＥ�。瑁澹幔欤簦瑁澹悖幔颍濉ⅲ校瑁椋欤椋穑�、Ｓｉｅｍｅｎｓ均有在中國設(shè)立制造基地。僅醫(yī)療超導(dǎo)磁共振一個領(lǐng)域就展現(xiàn)出了巨大的需求。２０１１年，超導(dǎo)磁共振消耗ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料約３００Ｔ，預(yù)計到２０１５年將超過６００噸，到２０１８年將超過１０００噸。
在超導(dǎo)磁共振分析譜儀（ＮＭＲ）也有了產(chǎn)業(yè)化的希望，２０１０年１２月１３日，由金山研究（大連）核磁共振科技有限公司和中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所合作，成立了中科金山武漢核磁共振科技有限公司，開始生產(chǎn)５００ＭＨｚ核磁共振波譜儀。超導(dǎo)磁共振分析譜儀的壟斷企業(yè)安捷倫（Ａｇｉｌｅｎｔ�。裕澹悖瑁睿铮欤铮纾椋澹�，Ｌｔｄ．）也有中國制造的設(shè)想。
在磁分選領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)化也已初顯。濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司與中科院高能物理研究所共同開發(fā)超導(dǎo)磁選機、超導(dǎo)污水處理等項目被列入濰坊市重大發(fā)展合作項目，該項目總投資３億元，一期工程投資６０００萬元，現(xiàn)已具備商業(yè)化生產(chǎn)的能力。撫順隆基磁電設(shè)備有限公司與中科院電工所聯(lián)合研制超導(dǎo)高梯度磁分離機，適用于微細粒級弱磁性和順磁性物料的分選，主要用于高嶺土等陶瓷原料的提純、煤脫硫、污水處理等。
在大規(guī)格單晶硅（３００ｍｍ 以上）是我國信息電子、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大軟肋。超導(dǎo)磁控單晶硅直拉設(shè)備（ＭＣＺ）成為制約我國單晶硅產(chǎn)業(yè)升級的瓶頸技術(shù)，已被列入“十二五”規(guī)劃重點開發(fā)項目。目前，光伏設(shè)備制造的龍頭企業(yè)北京京運通已在積極開發(fā)，在不久的將來超導(dǎo)ＭＣＺ的國產(chǎn)化將助推我國信息電子、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的再一次騰飛。高能物理是一個國家科技水平發(fā)展的標(biāo)志，近年來北京正負電子對撞機重大改造工程（ＢＥＰＣＩＩ）、上海同步輻射光源（ＳＳＲＦ）、加速器驅(qū)動次臨界潔凈核能系統(tǒng)（ＡＤＳ）、中國散裂中子源等高能物理的國家大型項目的啟動更是進一步推動了ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的市場需求。此外，還有在ＩＴＥＲ項目點火成功后，在中國建立的熱核聚變反應(yīng)堆，更是為中國ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化描繪了美好的藍圖。除了上述已初具產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料應(yīng)用領(lǐng)域，ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料在超導(dǎo)儲能、超導(dǎo)磁懸浮也展現(xiàn)了極大的潛力。日本以ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料為基礎(chǔ)的山梨實驗磁懸浮已經(jīng)取得圓滿成功，日本東海旅客鐵道公司以２０２７年投入運營為目標(biāo)，正圍繞磁懸浮中央新干線加快商業(yè)運營的技術(shù)開發(fā)。
從上述分析不難看出，隨著綜合國力的增強、科技的發(fā)展，中國對ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的需求將在未來五年內(nèi)呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，到２０２０年中國ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的需求將超過２５００噸，產(chǎn)值超過２０億人民幣。然而，目前國內(nèi)具備ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料生產(chǎn)的企業(yè)僅僅西部超導(dǎo)一家，目前其產(chǎn)能在１００Ｔ／年遠遠不能滿足市場的需求，大量的ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料目前還需要依賴進口，嚴重制約了我國超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)是２ｌ世紀的朝陽工業(yè)，具有廣闊的前景和美好的未來。
hydraulic upender - 液壓翻斗機 （0） 投訴
1
