高性能超导导线制成

发布时间:2024-08-12  

脉冲激光沉积技术用于加热HTS导线,其中激光束烧蚀在基板上沉积为薄膜的材料。图片来源:布法罗大学

美国布法罗大学领导的团队研制出世界性能最高的高温超导(HTS)导线段,为人类驾驭磁力开辟了全新可能性,其有望改变现有能源基础设施,甚至实现商业核聚变。相关报告发表在最新一期《自然·通讯》上。

高温超导导线技术能在高于传统超导体所需温度下无阻力传输电力。新HTS导线以稀土钡铜氧化物为基础,涵盖所有磁场和从5开尔文到77开尔文的工作温度范围,这个温度范围高于传统超导体发挥作用所需的温度。

在4.2开尔文时,新HTS导线在没有外部磁场的情况(也称为自场)下,每平方厘米可承载1.9亿安培的电流;而在7特斯拉磁场下,每平方厘米可承载9000万安培的电流。

在更高的20开尔文(商业核聚变的预期应用温度)时,在自场下,这些导线每平方厘米仍可承载超过1.5亿安培的电流;在7特斯拉磁场下,每平方厘米可承载超过6000万安培的电流。

就临界电流(在超导体中,可视为无阻流动的最大直流电流)而言,这相当于4.2开尔文时,4毫米宽的导线段在自场下可承载1500安培的超电流;在7特斯拉磁场下,可承载700安培的超电流。在20开尔文时,在自场下可承载1200安培的超电流;在7特斯拉磁场下,可承载500安培的超电流。

值得注意的是,尽管该团队研制的HTS薄膜厚度仅为0.2微米,但其承载的电流却可与厚度几乎是其10倍的商用超导导线相媲美。

这些导线表现出强大的将磁涡旋钉住或固定在适当位置的能力。在4.2开尔文时,其钉扎力(钉扎磁涡旋的能力)约为每立方米6.4太牛顿;在20开尔文时,其钉扎力约为每立方米4.2太牛顿,两者的磁场强度均为7特斯拉。

这是迄今为止报告的所有磁场和工作温度下,临界电流密度和钉扎力的最高值。


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