超导有什么用？【无尽的前沿——“刺激”的室温超导】 | 科技袁人

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3月19日19：00袁岚峰老师携手中国科学院物理研究所研究员罗会仟博士和中国科学院等离子体物理研究所研究员秦经刚博士，围绕“室温超导”热门话题，发布了“无尽的前沿”直播系列的第一场，本文为精选视频之一的文字内容。

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本视频2023年3月23日发布于西瓜视频，观看量2.8w。

袁岚峰：那么这个超导现在到底有哪些实际的应用了呢？

罗会仟：超导其实应用可以分两大块啊。那个秦老师做强电应用的啊，我可以大概提一下。

袁岚峰：就是强电和弱电是吧？

罗会仟：对，强电应用和弱电应用这两种啊。强电就是说你电流很大、磁场很强，那大家可以想象我们生活里面比如说输电啊，对吧；然后你用到磁场，比方你做核磁共振啊，对吧；然后秦老师做这个核聚变等等。

然后还有呢，其实可能大家不太关注的地方，就是超导体有一大块应用是叫做弱电应用。就是说你把这个超导材料当做一个器件，就像类似于我们半导体这个晶体管啊、这种芯片啊。那么，我们超导体也一样的可以做这些东西，可以做超导体的二极管，我们可以做超导体的芯片。而且超导的芯片其实就是我们今天量子计算的基本的芯片，最主要的之一啊，就是用超导来做的。

那除了这些，你用超导的所谓的它的阻抗很好，这么一个简单的一个性质，你可以用来做滤波器。这个滤波器特别厉害，就我们通常哈，比如说十几二十年前我们打电话的时候对吧，我们一打电话会串号。

袁岚峰：这多少年都没发生过这种现象了。

罗会仟：好多年前是有这种状态的，那可能是我们通讯的协议不好，但还有另外一方面，就是我们的滤波性能很差，就是你的信号跟他的信号有重叠，那如果我们的信号都是一个方形的，那就绝对没有重叠。

袁岚峰：就是说它的频率就只在这一块里面。

罗会仟：对，只在这一块里面，所以它做这个滤波器是非常好，所以你看超导其实有很多很多的应用。

秦经刚：然后强电这方面呢，我简单补充一下。因为好几个方面，就是首先跟咱们密切相关的，第一你身体健康，那么这个磁共振现在已经很广泛并且也很普遍了。

袁岚峰：就是医院用那个核磁共振。

秦经刚：医院核磁共振，这就是典型的这个非常成功的超导的应用。第二个呢，再就是在电力这方面，我们这个城市输电。因为你现在原先的这种输电呢，第一你在这个人口密度区很高的地方呢，实际上是都是在这个线，基本上就是架空对吧。我们如果用超导电缆，是吧，因为低于它电，它消耗能量要小，我们可以在地下挖通道，这个是节省资源。

袁岚峰：然后把它泡到液氮里面是吧。

秦经刚：对，把它泡到液氮里面。

罗会仟：这已经实现了。

秦经刚：已经实现。

罗会仟：这已经实现，深圳的那个平安大厦，已经最后200多米就是用的超导电缆。

秦经刚：是的，包括上海。

罗会仟：上海也在用。

秦经刚：上海就是去年，应该是一公里嘛，一公里的超导电缆已经成功这个运行，对吧。这是在我们生活密切相关的还有智能交通，是吧，磁悬浮。但是磁悬浮呢，现在国内呢主要是以常导为主，那么实际上是在国际上已经实现这种超导的。这东西就是他想法还是很美好的，现实还是很骨感的，因为这个造价，还是要工程应用，这个造价还是比较高。

就是这个强电应用，前面说的就是跟我们密切相关的，包括健康、交通，然后这个电力这方面的。那么另外呢，再有比较常用的这个强电应用，就是与我们这种大科学装置，比如基础物理、比如加速器啊、然后我们的聚变堆啊，这上面呢，比如以聚变堆为主。

罗会仟：就为什么聚变堆非得用超导？

秦经刚：这个是实际上很简单，就是说目前的这个聚变装置上，这个主流的装置呢就是超导托卡马克，实际上就是将等离子体放在一个磁笼子里面。那么对于这个超导托卡马克呢，它有一个非常明显的这个标志是什么，就是它的聚变功率，对吧。因为我们是做能源的，聚变功率呢是与磁场的4次方成正比，也就是说你磁场越高，我这个获得的收益就越大，是吧。

那么怎么样获得高磁场，比如我们比如现在常规的托卡马克，那实际上就是用铜线或者用铜板来做这个线圈，但是这个磁场最高也就到1 T（即特斯拉）。1 T什么意思呢？就是我们的地球的磁场那基本上是0.5 高斯，1T相当是什么，相当于是1万高斯。

罗会仟：实际上我们在五金店买那个小磁铁大概0.5 T。

秦经刚：呃对，也就0.5 T，对不对。所以呢，就是对我们来讲，目前的这个超导托卡马克呢，要求基本上都是磁场要最高场要达到10 T以上。所以没有别的材料，就是用超导材料。因为从理论上来讲，它无电阻可以无限的通这个大电流，对吧。所以这就是说选用这个超导材料来提高整个装置的这个磁场强度，就是因为要获得更大的这个聚变功率，也就是P与磁场的四次方成正比，所以这主要就是超导托卡马克的这个应用。

就是目前国际上这个超导托卡马克呢，主要是第一呢，就是我们等离子体所06年是建成了第一个世界上的“非圆截面的”超导托卡马克，那么目前上国际在建的ITER（国际热核聚变实验堆），那是2006年开始启动，预计2030年能够建成。因为对这个大科学装置来讲，不管是材料和工程这个挑战，都是极大的，基本上就是把材料用到极限。比如，我们说实话，就是超导材料这么多年的发展，那么实际上是在这个一些大科学装置的推动下，然后发展的。

比如说06年，建成了这个在欧洲核子中心那个超级对撞机，那么它推动了我们这种NbTi（铌钛）低温超导材料的这个大规模的应用和发展。那么ITER 06年开始建，但是它一个最大的这个，对超导这个贡献，就是推动了铌三锡（Nb3Sn）这种超导材料的发展，因为这又上了一个量级。NbTi 基本上最高场用到9 T，但是我用铌三锡的话，我可以用到12 特斯拉。那么对于下一代聚变堆，就是说不管是国际上还是我们国内正在设计的这种下一代聚变堆，那么我们就要想把高温超导材料再推上一个台阶。

罗会仟：嗯，主要是铜氧化物。

秦经刚：对，铜氧化物，主要是铜氧化物。就说一代装置一代材料，所以这就是主要是在材料这方面的应用。

罗会仟：超导材料呢，它其实你要放到民用是很贵的。

秦经刚：对对对。

罗会仟：所以我们在真正的因为你家里面你要搞个这么低温的制冷机，或者你天天搞液氮液氨那是不合适的。对，所以我们希望有一些很基础的前沿研究能够带动这些基本的研究，特别是大科学装置。

秦经刚：是的。

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■ 作者简介

袁岚峰

中国科学院科学传播研究中心副主任

中国科学技术大学科技传播系副主任

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员

科技与战略风云学会会长

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