[发明专利]超导导线及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有不同种类的间隔物(spacer)的超导导线，在内部扩散法中这些间隔物设置于防扩散管和各模块之间，以及各模块之间，在内部扩散法中，通过钻一个具有预定尺寸的并穿过铜棒的中央部的孔来将锡棒插入到由此形成的间隙中，所述铜棒用做挤压坯，还具有多个模块，这些模块通过切割并清洁具有插入到并设置于锡棒外围的铜基当中的铌丝的子元件而形成，这些模块共同地设置于防扩散管之内以形成重堆叠坯，然后该重堆叠坯经受几十次拉制过程和热处理，由此制造A15结构的Nb₃Sn超导导线。

背景技术

超导性是这样一种现象，其中外部施加的电压相对于电流的电阻在特定温度和特定磁场下降为零，从而根据BCS理论形成库珀对形式的电子，因此，由于阻抗所引起的热损耗得以消失。对于许多种类的金属，电阻在大约-270～-196℃的低温下突然下降为零。此时，将这种材料称为超导体，而将使得超导电性得以出现的温度和磁场分别称为“临界温度”和“临界磁场”。

通常，所有材料都包含自旋磁体，当它以外部磁场的方向设置时它受到磁体的完全吸引。这些自旋磁体以磁场的方向设置，从而在正常状态下很少观测到该材料受到磁体吸引的现象，这种效应较少的典型材料被称为顺磁性材料，而具有上佳的这种特性，从而容易受到磁体吸引的材料，即诸如铁的材料，被称为铁磁性材料。

而由于缺少自旋磁体，其内部电子允许由于电磁感应所产生的感生电流在外部磁场的影响下流动，以便截断外部磁场，从而被强制成被磁体排斥的方向的材料被称为抗磁性材料。

在这样一种超导体用作线圈的情况下，由于并不出现能量的损失，可以制造出在小量电流下产生强磁场的电磁铁，并且由于超导体是抗磁性物质，如果磁体位于超导体上，磁体所产生的磁场不能穿过超导体，而是被超导体排斥开，从而可以使磁体悬浮。

允许这种超导性出现的超导体的主要特征在于它是在特定温度和特定磁场下不具有干扰电流流动的阻抗的无阻抗物质，但它是不允许磁场穿过的抗磁性物质，并且它可以接受外部磁场以便处于超导状态与正常状态相混合的这样一种状态。

超导体分为I型超导体，它具有零电阻并且还具有强抗磁性特性，以便完全地抵消外部磁场，从而超导体的内部磁场降为零，以及II型超导体，它在特定有限值的基础上接受外部磁场，从而超导状态被打破并且与正常状态相混合。

I型超导体包括大多数的纯金属，并且当外部磁场(H)小于临界磁场(H_C)时显现出其特性。I型超导体允许超电流沿着超导体的表面流动，但是不允许电流以超过预定深度的深度流入到超导体的内部，从而消除内部磁场。I型超导体展现了迈斯纳效应，即超导电流流动，因而内部磁场以与外部磁场相反的方向流动，以便抵消外部磁场。

II型超导体包括Nb₃Sn、Nb₃Al、NbTi、MgB₂、高温超导体等，并且显示了强磁场。II型超导体迫使外部磁场到下临界磁场Hc1，从而达到磁场不在超导体的内部存在的抗磁性状态，但是在下临界磁场(Hc1)和上临界磁场(Hc2)之间一点一点地接受外部磁场(H)，从而超导体开始一点一点地破坏，并且产生数不尽的正常状态的磁漩涡。

同样，在II型超导体中，形成超导特性和磁漩涡彼此混合在一起的状态，从而形成库珀对形式的两个电子。因此，有允许超导电流沿着磁漩涡的外围表面流动的超导体，以及允许超导电流无电阻地流动，同时通过从外部施加的电流形成库珀对形式的两个电子的另一种超导体。

具体而言，II型超导体具有较好的超导特性，因为它具有阻止磁漩涡移动的大的磁通钉扎(磁漩涡钉扎)效应，但是当其磁场高于上临界磁场(Hc2)时，II型超导体返回到正常状态，同时超导性被破坏。

同样，超导体可以根据其被使用时的温度分为高温超导体和低温超导体。前者允许在液氮温度(77K)下的超导性，而后者允许在液氦温度(4K)下的超导性。从金属、有机物、陶瓷、化合物等中已经发现了一千种以上的这种超导体。Nb-Ti合金(它是基于金属的超导材料)以及Nb₃Sn(它是基于化合物的超导材料)近来已经投入实际应用，它们用于热核反应堆用托卡马克设备、粒子加速器、医学MRI，分析NMR等中。