[科普中国]-超导磁铁

超导体内没有电阻和焦耳耗能，因此一旦迭入电流，此电流就可以一直存在，其所产生的磁场也能在不外力做功的情况下永速保持。因此有一种电磁铁用超导体做螺线圈，这种磁铁就被成为超导磁铁。1

简介超导磁铁是指超导线圈及其维持低温容器的总称。超导磁铁是超导悬浮铁道的最重要的核心部件，车辆的推进、悬浮、导向力均由超导线圈产生。像永久磁铁一样，超导磁铁能提供稳定的磁场，并且超导磁铁还能提供一般永久磁铁所不能提供的高强磁场，这也是磁浮铁道采用超导磁铁的理由。由于高温超导体的开发，在液氮温度(78K)下产生超导现象，大大改善了超导材料的性能。但是，做为磁浮铁道采用的超导材料，高温超导材料在高强磁场下的临界电流等问题尚不能满足要求。2

中国问世2007年9月19上午8时，北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）的大制粒子探测器北京谱仪超导磁铁成功达到1万高斯(地球磁场的两万倍)，电流达到3368安培，最大储能达到1000万焦耳，已达到设计指标。该超导磁铁由中科院高能物理所自主研制。是北京谱仪的关键部件之一，主要包括超导线圈、低温恒温器、冷物质及电磁力悬挂支撑结构和阀箱等。3

应用条件以磁悬浮列车的为例，说明超导磁铁的应用条件。

超导磁浮铁道应用的超导材料及其构成的磁铁应满足如下条件：

①能产生有效的推进力、悬浮力和导向力。

②在接近和离开地面设备状态时，能在永久电流方式下工作。

③作为车载设备，应重量轻，体积小。

④为具备良好的电气性能，超导线圈与冷却容器外壳表面的间隔尺寸要小。

⑤为减小车载冷却设备的工作负荷，要有良好的隔热层。

⑥为防止运行中机械与电气的干扰， 要有足够的机械强度和稳定性。1

应用制作超导磁铁，不单单是个磁性材料的问题，这方面的内容很难短篇说明清楚。由于这方面的内容在磁性应用上是很有意义的，因此特作简单说明。用装有铁芯的电磁铁，获得2(特斯拉)以上的磁通密度(1.6X10’安培/米的磁场)是相当不容易的。假如用绕有超导线圈的空心螺线管，可以获得约3~15(特斯拉)的高磁通密度，这种装置主要用在研究工作中，如氢气云雾室、MHD发电，电子显微镜、核磁共振，封闭等离子体(核聚变发电)等方面。如果使火车达到500千米的时速，可以采用磁悬浮的方法，把列车悬离地面，只要进行一次性驱动，火车就可以连续地向前推进。实现这种方案的关键，是采用超导磁铁。4

特点（1）在超导磁铁的线圈内电流传输阻力为零，可以传导普通导线无法传导的强大电流；

（2）能够产生高达十几特斯拉的强磁场，对大幅度提高核磁共振谱仪的灵敏度和分辨率极为有益，同时磁场的均匀性和稳定性也很好，是现代谱仪较理想的磁铁；5

（3）场强高而稳定均匀。目前超导磁体谱仪一般在200N~00MG左右，最高可达600MG。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所