超導體的應用
磁浮與磁浮列車
超導導線
超導發電機
超導電磁動力船
超導量子干涉儀
核磁共振斷層掃瞄儀

磁浮與磁浮列車

 

超導體的反磁性類似磁鐵的相斥性,但其發出的磁力更強,故可應用於需產生大磁場之裝置。利用超導體的磁力可將一個人輕易舉起,甚至舉起一位相撲力士也是勝任愉快。
當然超導的反磁性並不僅只有這種用途而已,如果將其置於火車車體內,而在軌道上佈置電磁鐵,則便成為磁浮列車(圖七)。由於與地面沒有接觸,磁浮列車沒有一般列車會遭遇到的摩擦力問題,其速度可較傳統列車高,目前紀錄由日本的磁浮列車所創下,為每小時517公里。雖然利用一般電磁鐵的相吸相斥亦可製造磁浮列車,但配置有高溫超導體的磁浮列車由於磁力較強,故可浮的較高;一般僅使用電磁鐵的磁浮列車其離地高度僅1公分,而採用超導體者可達10公分。於實際應用上,此種差異則會造成相當大的影響:若列車運行時遭遇地震,離地10公分的磁浮列車自然會較離地僅1公分高的磁浮列車安全許多。在這方面高溫超導體的優點可說十分顯著,特別是在位於地震帶上的台灣,如想要利用磁浮列車作為運輸工具,利用超導體的磁浮列車絕對是不二選擇。

 

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超導導線

 

利用超導體零電阻的特性,可用於製作超導導線。利用此種導線作為電力傳輸線或能源儲存裝置,可有效減少能量之損耗,唯其價格仍高,故目前僅有應用於超導線圈、磁鐵等其他科學上之應用。

 

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超導發電機

 

使用超導線圈所組成的超導磁鐵,其電流密度及磁場均較一般為強,可作為高功率的能量產生裝置(圖九)。由於在同樣的體積重量下其功率較高,如作為太空計劃之能量供應源則可增加酬載量,深具發展之潛力。

 

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超導電磁動力船

 

利用磁體動力學,藉由電解海水產生之電流,與船體下方垂直於電流方向的磁場作用,可對海水產生水平推進的電磁力,推動海水而使船身前進。推進動力所需之強大磁場亦是由超導磁鐵所提供。此種實驗船已於日本有頗為成功之測試。

 

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超導量子干涉儀

 

超導線圈於超導態時對外在磁場的改變會有相對應的電流變化,此種變化較一般磁性物質都來的靈敏,因此可利用來感測外部磁場的變化。超導量子干涉儀(Superconducting Quantum Interference Device ; SQUID)即是利用此種原理所製成的磁量測儀器,其設計為將樣品置於超導線圈內,施加一磁場,而後讓樣品往復進出線圈。樣品若對磁場有所感應,則會對週遭的磁場產生影響,而這種影響可由超導線圈的電流變化得知,進而得知樣品的磁特性。

 

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核磁共振斷層掃瞄儀

 

超導體除了在學術、能源及運輸等方面的用途之外,在醫療方面也有所貢獻,核磁共振顯像(Magnetic Resonance Imaging ; MRI)即為一例。核磁共振斷層掃描儀其原理乃是利用核磁共振原理,觀察體內某一種原子核的變化分布(主要是氫原子),將結果顯像為人體斷層掃描圖,以觀察身體中病灶組織的變化。引起原子的核磁共振現象需要一磁場,又掃描解析度的值與磁場的強弱成正比,在此種考量下具強大磁場的超導磁鐵當然是不二人選,配置有超導磁鐵的核磁共振斷層掃描儀,可產生高解析的人體斷層掃描圖。此外,類似的核磁共振儀裝置也被用於科學分析上,可對有機物之組成或固態物質之鍵結作一有效精確的量測。

 

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