é 引 言 û
超导材料是人们产生强磁场的关键基础材料,在数特斯拉乃至数十特斯拉等级的强磁场应用领域,往往都需要超导导线来绕着磁体。高温超导材料更是有望规模化应用到能源、交通、大科学仪器等众多领域。
科研用高强超导磁体主要包括大口径高场超导导体与磁体、内插高温超导磁体、CICC导体等,可应用于大科学工程、生物医学工程、高精度科学仪器等领域。REBCO带材在高场下具有更高的电流传输能力和更优异的机械性能,更适宜做高场磁体(≥25T),有望推动整个科学技术的进步与发展。
粒子加速器及重离子癌症治疗系统的核心部件是磁体,在磁场中将粒子加速碰撞或释放高能射线,从而达到科研、治疗的目的。REBCO高温超导磁体具有体积小、重量轻、无需液氦制冷等突出优势,是下一代加速器装置的首选。
超导风力发电机主要利用高温超导带材的零电阻特性,使用高温超导线圈替代铜线圈, 具有体积小、重量轻、整机成本低等优势,适合于海上风机和漂浮式风机。超导风力发电机是最有潜力、最理想的能源转换装置之一,将进一步推进风电行业发展,为实现碳达峰、碳中和提供有力保障。
传统热处理存在加热均匀性差、加热温度可控性差、能量利用率低等痛点。超导直流感应加热技术是基于超导材料零电阻和高载流特性,利用高温超导磁体产生背景磁场,在加热区域建立直流气隙磁场,坯料旋转切割磁力线产生涡流被加热,以实现高穿透性、高能效性、高均匀性、高梯度性的全新高品质加热,为金属热加工行业提供了一种创新的解决方案。
自2013年美国Elon Musk公布了关于Hyperloop真空管道列车的方案后,“高速交通”这一概念受到越来越多的关注。2014年,日本东京至大阪的低温超导高速磁浮应用线路已经开工建设,在试验轨道上以时速603公里创下世界纪录。目前,德国、巴西、我国等都在进行高温超导磁悬浮环形线的研究。高温超导磁悬浮技术采用高温超导带材线圈作为其定子或动子,大气隙工作条件下仍能保证较高的功率因数,可显著提升牵引力、载重、速度,同时减重减体积、大幅节能,并降低制冷成本,能耗更低。随着未来城市的快速发展,超导磁悬浮这种快速、安全、清洁的交通方式,将为落实“交通强国”战略提供技术支撑。
é 应用案例 û
| 兆瓦级超导感应加热器——江西联创光电超导应用有限公司
江西联创光电成功研制世界首台兆瓦级高温超导感应加热装置、并于2023年4月20日在黑龙江中铝集团东北轻合金公司成功投运。该产品为高效节能的感应加热炉,可广泛应用与多种金属加工和热处理领域,实现近50%的节能效果和超均匀的加热效果。
上海超导与江西联创光电长期合作,作为核心材料供应商,为其提供了从原理样机研制阶段到工业产品定型阶段全部高温超导带材,单台设备需要10余公里4.8mm宽高性能超导材料,用于感应加热器核心磁体绕制。目前上海超导已完成供应百公里级别的高温超导带材,根据双方战略合作协议,后续将持续批量供应高性能超导带材。
| 国内首套高温超导电动悬浮列车——中车集团
中车长客自主研制的国内首套高温超导电动悬浮全要素试验系统于2023年3月在长春完成首次悬浮运行,对高温超导磁体、直线同步牵引等超导电动悬浮交通系统的关键核心技术进行了充分验证,标志着我国在高温超导电动悬浮领域实现重要技术突破。
上海超导与中车长客深度合作,作为核心材料供应商为该项目提供了全部高性能高温超导材料,并在多年的联合攻关团队中,深度参与了车载高温超导磁体等多个关键部件的开发。后续上海超导将跟随由中车牵头的联合团队,在更大尺寸、更高速度的超导电动磁浮样车研制工作中做出贡献。
| 商业航天电磁发射系统高温超导电动悬浮航行试验——中航科工三院
中国航天科工三院于2023年9月7日成功完成商业航天电磁发射高温超导电动悬浮航行试验,该试验在380米线路上实现了234km/h的试验速度,创造了国内高温超导电动悬浮最高航行速度纪录。
上海超导于2023年初完成该试验的高温超导带材供应,并在磁体研制过程中,紧密配合航天科工超导磁体团队,不断提供高温超导带材应用的技术支持与服务。
| 32.35T磁体项目——中科院电工研究所
中科院电工所团队于2019年12月成功研制出中心磁场高达32.35T的全超导磁体,打破了当时32.0T超导磁体的世界纪录,标志着我国高场内插磁体技术已经达到世界领先水平。
上海超导与中科院电工所团队建有长期合作关系,为其提供部分高温超导带材,用于绕制磁体端部的2个线饼。
| 24.1T全REBCO高温超导磁体——中科院等离子体所
中科院等离子体所团队于2022年10月成功将自主研制的全REBCO高温超导磁体励磁至24.1T,这是国内首个20T以上全REBCO密绕型超导磁体。该磁体在液氦浸泡条件下,成功升流至300A,中心场强稳定保持在24.1T。
该磁体使用的REBCO超导带材全部由上海超导公司提供,证明了国产REBCO带材在低温高磁场下的优异性能。本磁体的研制对于推动国内超导材料和超导磁体装备的发展具有重要意义,为后续研制35T以上高场科学装置奠定了重要基础。
| MRI超导磁体——英国剑桥大学
英国剑桥大学在2021年成功研制了一款小型MRI设备,该设备设计专用于头颅MRI成像,以快速判断中风等病症。该设备内部的磁体全部采用上海超导生产的第二代高温超导带材,在工作温度20K下可产生1T的磁场强度,设备体积较小、重量轻,可快速移至病床边提供检测服务,具有高效性、便携性等显著优势。
上海超导与英国剑桥大学深度合作,为其提供了该小型MRI设备的全部高温超导带材,用于MRI磁体的绕制。