é  引    言  ?

      超導材料是人們產生強磁場的關鍵基礎材料,在數特斯拉乃至數十特斯拉等級的強磁場應用領域,往往都需要超導導線來繞著磁體。高溫超導材料更是有望規模化應用到能源、交通、大科學儀器等眾多領域。

      科研用高強超導磁體主要包括大口徑高場超導導體與磁體、內插高溫超導磁體、CICC導體等,可應用于大科學工程、生物醫學工程、高精度科學儀器等領域。REBCO帶材在高場下具有更高的電流傳輸能力和更優異的機械性能,更適宜做高場磁體(≥25T),有望推動整個科學技術的進步與發展。

      粒子加速器及重離子癌癥治療系統的核心部件是磁體,在磁場中將粒子加速碰撞或釋放高能射線,從而達到科研、治療的目的。REBCO高溫超導磁體具有體積小、重量輕、無需液氦制冷等突出優勢,是下一代加速器裝置的首選。

      超導風力發電機主要利用高溫超導帶材的零電阻特性,使用高溫超導線圈替代銅線圈, 具有體積小、重量輕、整機成本低等優勢,適合于海上風機和漂浮式風機。超導風力發電機是最有潛力、最理想的能源轉換裝置之一,將進一步推進風電行業發展,為實現碳達峰、碳中和提供有力保障。

      傳統熱處理存在加熱均勻性差、加熱溫度可控性差、能量利用率低等痛點。超導直流感應加熱技術是基于超導材料零電阻和高載流特性,利用高溫超導磁體產生背景磁場,在加熱區域建立直流氣隙磁場,坯料旋轉切割磁力線產生渦流被加熱,以實現高穿透性、高能效性、高均勻性、高梯度性的全新高品質加熱,為金屬熱加工行業提供了一種創新的解決方案。

      自2013年美國Elon Musk公布了關于Hyperloop真空管道列車的方案后,“高速交通”這一概念受到越來越多的關注。2014年,日本東京至大阪的低溫超導高速磁浮應用線路已經開工建設,在試驗軌道上以時速603公里創下世界紀錄。目前,德國、巴西、我國等都在進行高溫超導磁懸浮環形線的研究。高溫超導磁懸浮技術采用高溫超導帶材線圈作為其定子或動子,大氣隙工作條件下仍能保證較高的功率因數,可顯著提升牽引力、載重、速度,同時減重減體積、大幅節能,并降低制冷成本,能耗更低。隨著未來城市的快速發展,超導磁懸浮這種快速、安全、清潔的交通方式,將為落實“交通強國”戰略提供技術支撐。



é  應用案例  ?

| 兆瓦級超導感應加熱器——江西聯創光電超導應用有限公司

江西聯創光電成功研制世界首臺兆瓦級高溫超導感應加熱裝置、并于2023年4月20日在黑龍江中鋁集團東北輕合金公司成功投運。該產品為高效節能的感應加熱爐,可廣泛應用與多種金屬加工和熱處理領域,實現近50%的節能效果和超均勻的加熱效果。

上海超導與江西聯創光電長期合作,作為核心材料供應商,為其提供了從原理樣機研制階段到工業產品定型階段全部高溫超導帶材,單臺設備需要10余公里4.8mm寬高性能超導材料,用于感應加熱器核心磁體繞制。目前上海超導已完成供應百公里級別的高溫超導帶材,根據雙方戰略合作協議,后續將持續批量供應高性能超導帶材。



| 國內首套高溫超導電動懸浮列車——中車集團

中車長客自主研制的國內首套高溫超導電動懸浮全要素試驗系統于2023年3月在長春完成首次懸浮運行,對高溫超導磁體、直線同步牽引等超導電動懸浮交通系統的關鍵核心技術進行了充分驗證,標志著我國在高溫超導電動懸浮領域實現重要技術突破。

上海超導與中車長客深度合作,作為核心材料供應商為該項目提供了全部高性能高溫超導材料,并在多年的聯合攻關團隊中,深度參與了車載高溫超導磁體等多個關鍵部件的開發。后續上海超導將跟隨由中車牽頭的聯合團隊,在更大尺寸、更高速度的超導電動磁浮樣車研制工作中做出貢獻。


24.1T全REBCO高溫超導磁體——中科院等離子體所

中科院等離子體所團隊于2022年10月成功將自主研制的全REBCO高溫超導磁體勵磁至24.1T,這是國內首個20T以上全REBCO密繞型超導磁體。該磁體在液氦浸泡條件下,成功升流至300A,中心場強穩定保持在24.1T。

該磁體使用的REBCO超導帶材全部由上海超導公司提供,證明了國產REBCO帶材在低溫高磁場下的優異性能。本磁體的研制對于推動國內超導材料和超導磁體裝備的發展具有重要意義,為后續研制35T以上高場科學裝置奠定了重要基礎。


| MRI超導磁體——國劍橋大學

英國劍橋大學在2021年成功研制了一款小型MRI設備,該設備設計專用于頭顱MRI成像,以快速判斷中風等病癥。該設備內部的磁體全部采用上海超導生產的第二代高溫超導帶材,在工作溫度20K下可產生1T的磁場強度,設備體積較小、重量輕,可快速移至病床邊提供檢測服務,具有高效性、便攜性等顯著優勢。

上海超導與英國劍橋大學深度合作,為其提供了該小型MRI設備的全部高溫超導帶材,用于MRI磁體的繞制。