超導有什麼用？【無盡的前沿——“刺激”的室温超導】 | 科技袁人_風聞

■ 背景簡介：

3月19日19：00袁嵐峯老師攜手中國科學院物理研究所研究員羅會仟博士和中國科學院等離子體物理研究所研究員秦經剛博士，圍繞“室温超導”熱門話題，發佈了“無盡的前沿”直播系列的第一場，本文為精選視頻之一的文字內容。

“無盡的前沿”直播第一期預告：刺激的“室温超導” | 袁嵐峯

■ 西瓜視頻：

https://www.ixigua.com/7213562619548926475

本視頻2023年3月23日發佈於西瓜視頻，觀看量2.8w。

**袁嵐峯：**那麼這個超導現在到底有哪些實際的應用了呢？

**羅會仟：**超導其實應用可以分兩大塊啊。那個秦老師做強電應用的啊，我可以大概提一下。

**袁嵐峯：**就是強電和弱電是吧？

**羅會仟：**對，強電應用和弱電應用這兩種啊。強電就是説你電流很大、磁場很強，那大家可以想象我們生活裏面比如説輸電啊，對吧；然後你用到磁場，比方你做核磁共振啊，對吧；然後秦老師做這個核聚變等等。

然後還有呢，其實可能大家不太關注的地方，就是超導體有一大塊應用是叫做弱電應用。就是説你把這個超導材料當做一個器件，就像類似於我們半導體這個晶體管啊、這種芯片啊。那麼，我們超導體也一樣的可以做這些東西，可以做超導體的二極管，我們可以做超導體的芯片。而且超導的芯片其實就是我們今天量子計算的基本的芯片，最主要的之一啊，就是用超導來做的。

那除了這些，你用超導的所謂的它的阻抗很好，這麼一個簡單的一個性質，你可以用來做濾波器。這個濾波器特別厲害，就我們通常哈，比如説十幾二十年前我們打電話的時候對吧，我們一打電話會串號。

**袁嵐峯：**這多少年都沒發生過這種現象了。

**羅會仟：**好多年前是有這種狀態的，那可能是我們通訊的協議不好，但還有另外一方面，就是我們的濾波性能很差，就是你的信號跟他的信號有重疊，那如果我們的信號都是一個方形的，那就絕對沒有重疊。

**袁嵐峯：**就是説它的頻率就只在這一塊裏面。

**羅會仟：**對，只在這一塊裏面，所以它做這個濾波器是非常好，所以你看超導其實有很多很多的應用。

**秦經剛：**然後強電這方面呢，我簡單補充一下。因為好幾個方面，就是首先跟咱們密切相關的，第一你身體健康，那麼這個磁共振現在已經很廣泛並且也很普遍了。

**袁嵐峯：**就是醫院用那個核磁共振。

**秦經剛：**醫院核磁共振，這就是典型的這個非常成功的超導的應用。第二個呢，再就是在電力這方面，我們這個城市輸電。因為你現在原先的這種輸電呢，第一你在這個人口密度區很高的地方呢，實際上是都是在這個線，基本上就是架空對吧。我們如果用超導電纜，是吧，因為低於它電，它消耗能量要小，我們可以在地下挖通道，這個是節省資源。

**袁嵐峯：**然後把它泡到液氮裏面是吧。

**秦經剛：**對，把它泡到液氮裏面。

**羅會仟：**這已經實現了。

**秦經剛：**已經實現。

**羅會仟：**這已經實現，深圳的那個平安大廈，已經最後200多米就是用的超導電纜。

**秦經剛：**是的，包括上海。

**羅會仟：**上海也在用。

**秦經剛：**上海就是去年，應該是一公里嘛，一公里的超導電纜已經成功這個運行，對吧。這是在我們生活密切相關的還有智能交通，是吧，磁懸浮。但是磁懸浮呢，現在國內呢主要是以常導為主，那麼實際上是在國際上已經實現這種超導的。這東西就是他想法還是很美好的，現實還是很骨感的，因為這個造價，還是要工程應用，這個造價還是比較高。

就是這個強電應用，前面説的就是跟我們密切相關的，包括健康、交通，然後這個電力這方面的。那麼另外呢，再有比較常用的這個強電應用，就是與我們這種大科學裝置，比如基礎物理、比如加速器啊、然後我們的聚變堆啊，這上面呢，比如以聚變堆為主。

**羅會仟：**就為什麼聚變堆非得用超導？

**秦經剛：**這個是實際上很簡單，就是説目前的這個聚變裝置上，這個主流的裝置呢就是超導託卡馬克，實際上就是將等離子體放在一個磁籠子裏面。那麼對於這個超導託卡馬克呢，它有一個非常明顯的這個標誌是什麼，就是它的聚變功率，對吧。因為我們是做能源的，聚變功率呢是與磁場的4次方成正比，也就是説你磁場越高，我這個獲得的收益就越大，是吧。

那麼怎麼樣獲得高磁場，比如我們比如現在常規的託卡馬克，那實際上就是用銅線或者用銅板來做這個線圈，但是這個磁場最高也就到1 T（即特斯拉）。1 T什麼意思呢？就是我們的地球的磁場那基本上是0.5 高斯，1T相當是什麼，相當於是1萬高斯。

**羅會仟：**實際上我們在五金店買那個小磁鐵大概0.5 T。

**秦經剛：**呃對，也就0.5 T，對不對。所以呢，就是對我們來講，目前的這個超導託卡馬克呢，要求基本上都是磁場要最高場要達到10 T以上。所以沒有別的材料，就是用超導材料。因為從理論上來講，它無電阻可以無限的通這個大電流，對吧。所以這就是説選用這個超導材料來提高整個裝置的這個磁場強度，就是因為要獲得更大的這個聚變功率，也就是P與磁場的四次方成正比，所以這主要就是超導託卡馬克的這個應用。

就是目前國際上這個超導託卡馬克呢，主要是第一呢，就是我們等離子體所06年是建成了第一個世界上的“非圓截面的”超導託卡馬克，那麼目前上國際在建的ITER（國際熱核聚變實驗堆），那是2006年開始啓動，預計2030年能夠建成。因為對這個大科學裝置來講，不管是材料和工程這個挑戰，都是極大的，基本上就是把材料用到極限。比如，我們説實話，就是超導材料這麼多年的發展，那麼實際上是在這個一些大科學裝置的推動下，然後發展的。

比如説06年，建成了這個在歐洲核子中心那個超級對撞機，那麼它推動了我們這種NbTi（鈮鈦）低温超導材料的這個大規模的應用和發展。那麼ITER 06年開始建，但是它一個最大的這個，對超導這個貢獻，就是推動了鈮三錫（Nb3Sn）這種超導材料的發展，因為這又上了一個量級。NbTi 基本上最高場用到9 T，但是我用鈮三錫的話，我可以用到12 特斯拉。那麼對於下一代聚變堆，就是説不管是國際上還是我們國內正在設計的這種下一代聚變堆，那麼我們就要想把高温超導材料再推上一個台階。

**羅會仟：**嗯，主要是銅氧化物。

**秦經剛：**對，銅氧化物，主要是銅氧化物。就説一代裝置一代材料，所以這就是主要是在材料這方面的應用。

**羅會仟：**超導材料呢，它其實你要放到民用是很貴的。

秦經剛**：**對對對。

**羅會仟：**所以我們在真正的因為你家裏面你要搞個這麼低温的製冷機，或者你天天搞液氮液氨那是不合適的。對，所以我們希望有一些很基礎的前沿研究能夠帶動這些基本的研究，特別是大科學裝置。

**秦經剛：**是的。