[科普中国]-超导磁悬浮

超导磁悬浮，是利用超导体的抗磁性可以实现磁悬浮。人们把处实现超导的过程于超导状态的导体称之为"超导体"。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。

定义超导磁悬浮主要是利用低温超导材料和高温超导材料实现悬浮的一种方式，低温超导技术采用在列车车轮旁边安装小型超导磁体，在列车向前行驶时，超导磁体则向轨道产生强大的磁场，并和安装在轨道两旁的铝环相互作用，产生一种向上浮力，消除车轮与钢轨的摩擦力，起到加快车速的作用1。高温超导磁悬浮是一项利用高温超导块材磁通钉扎特性,而不需要主动控制就能实现稳定悬浮的技术。超导在运载上的其他应用可能还有用作轮船动力的超导电机、电磁空间发射工具及飞机悬浮跑道1。

原理把一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排斥出去， 超导盘跟磁铁之间有排斥力，结果磁铁悬浮在超导盘的上方。这种超导悬浮在工程技术中是可以大大利用的， 超导悬浮列车就是一例。让列车悬浮起来，与轨道脱离接触，这样列车在运行时的阻力降低很多，沿轨道“飞行”的速度可达500公里/小时。

日本所研制的低温超导磁悬浮在2015年4月21日创造了地面轨道交通工具载人时速603公里的世界新纪录，并计划于2027年修建中央新干线磁浮线。这条低温超导磁浮商业运营线旨在连接东京、名古屋和大阪三大城市，全程498公里，运行时速505公里2。

与普通磁悬浮比较，利用超导磁体实现磁悬浮具有以下优点：悬浮的间隙大，一般可大于100mm；速度高，可达到500km/h以上；可同时实现悬浮、导向和推进；推进直线同步电机效率高达70%-80%；低能耗的客运和货运；不需要铁心，因为是永久电流工作不需要车上供电系统，所以重量轻，耗电少3。当然这些优点是对需要复杂的低温系统的低温超导而言，若高温超导能实现工程运用，则各方面的性能将大为提高3。

高温超导体发现以后，超导态可以在液氮温区(零下196度以上)出现，超导悬浮的装置更为简单， 成本也大为降低。在我国，2000年，西南交通大学超导技术研究所研制成功了世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”，证明了高温超导磁悬浮车在原理上的可行性4。

1911年荷兰科学家翁纳斯（Onnes）在测量低温下水银电阻率的时候发现， 当温度降到零下269度附近， 水银的电阻竟然消失了！图1复制了当时的实验曲线。电阻的消失叫做零电阻性。所谓“电阻消失”，只是说电阻小于仪表的最小可测电阻。也许有人会产生疑问：如果仪表的灵敏度进一步提高，会不会测出电阻呢？用“持久电流”实验可以解决这个问题。

由正常导体组成的回路是有电阻的，而电阻意味着电能的损耗，即电能转化为热。这样， 如果没有电源不断地向回路补充能量，回路中的电能在极短时间( 以微秒计)里全部消耗完，电流衰减到零。如果回路没有电阻，自然就没有电能的损耗。一旦在回路中激励起电流，不需要任何电源向回路补充能量，电流可以持续地存在下去。

性质有人曾在超导材料做成的环中把电流维持两年半之久而毫无衰减。由此可以推导出电阻率的上限为10－23欧姆厘米，还不到最纯的铜的剩余电阻率的百万亿分之一。零电阻效应是超导态的两个基本性质之一。

超导态的另一个基本性质是抗磁性，又称迈斯纳效应（Meissner effect）。即在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，磁力线完全被排斥在超导体外面。

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学