超导技术的应用前景十分诱人：诸如把没有电阻现象的超导技术用于电力输送，可以大大节省能源；用于医学上的核磁共振成像系统，有助于心血管疾病的诊断；用于电子计算机，可以大幅度地缩小体积，降低成本，提高运算速度；利用超导体的抗磁性，可制造出速度极高的磁悬浮列车……。因此，超导技术研究的突破性进展具有划时代的意义，它将使整个人类的生活发生急剧的变化。目前，世界上已有200多个实验室在对超导技术开展研究，最近已取得了显著的进展，即将要进入作为实用技术的阶段。本文以超导电机作为第一应用目标，介绍超导技术的最新进展和今后的发展动向。——译者注

1986年是荷兰科学家卡曼林 · 翁纳斯发现超导现象后的第75年，也是世界上最初制成超过6个特斯拉的超导磁体后的第25年。1986年9月底至10月初，在美国巴尔的摩召开的超导应用会议中，特地组织了有关超导国际协作、超导应用历史等问题的专题讨论会，给广大与会代表留下了深刻的印象。

目前，超导技术除了根据约瑟夫效应的电压作为电压标准在世界各国被采用外，还有医疗诊断用超导磁共振断层摄像装置（MRI）为典型的几个实用例子。同时在科学研究用的实验装置中，从型磁体制造到大规模系统（高能物理用同步加速器）的许多场合都在利用超导磁体。

另外，由于超导具有零电阻、完全抗磁性、宏观量子效应等基本特性，不难想象$的应用前景极其广泛，而与此相比较，这些实用例子仅仅是极小的一部分。

近年来，超导、超低温技术在科学研究领域里作为研究开发的成果非常显著。超导应用于机械行业已不再是梦想的事，预计会成为现实的实用机械，因此现在已是具体制定正式开发计划的时候了。

一、超导、超低温的技术现状

1984年，美国费米国立加速器研究所完成了命名为“双质子”的超导质子同步加速器，以内径80 cm、长6 m的马鞍形磁体（在轴和直角方向产生磁场的双极磁体）为主体约有1200个超导磁体设置在圆周约长7 km的束线上，用10秒钟的周期使其同步强烈去磁，便能把质子加速到800 GeV的高能。可以说现在的超导、超低温技术是集大成的系统，以此为例将超导技术的现状作如下介绍：

1.超导磁体的稳定性

在25 ~ 20年前，世界上首先发明的超导磁体是极不稳定的，即不论用多少安培的电流都有可能使超导磁体破坏（把这种激烈的常电导转移，称为猝灭）。对此，不破坏超导磁体的偶然现象是难以预测的。如果超导磁体愈大，那么与设计值相比较，即使用相当小的电流也会完全猝灭。由于人们对这种不稳定性的印象极其深刻，因此，通常认为超导磁体是一种不稳定的物质。

1965年，由于发明了在铜诸类等稳定性母材中配置几根超导线的完全稳定性超导磁体，于是解决了对这种不稳定性的认识。在1970年前后，储能（磁场产生空间的磁能总和，用于表示磁体的大小）最高到达了800 MJ，这便成功地制造了很多大型磁体。可以说，现在的超导磁体都是稳定的，在正常条件的设计值下不会猝灭。

2.能加速励磁的超导磁体

但是，完全稳定性的超导磁体的缺点是，在电流密度过低时，由于有强烈去磁损耗，以致励磁速度不能很快（超导磁体对于直流电的电阻为零，但电流（磁场）变化时会出现发热损耗，参照表Ⅰ所示）。

特别是在同步加速器中所使用的超导磁体，低电流密度、低励磁速度是其致命的弱点，研究解决这个问题的方案是采用极细的多芯搓合导体，即把直径为数十μm以下的超导线以搓合状态配置在许多母材内。在中型以下的超导磁体中，完全稳定性的条件是多余的，因为极细的多芯搓合超导磁体能控制自身的不稳定性，要是尽量减少稳定性母材的数量，一旦电流密度高时就能快速励磁（励磁损耗小），于是可成为完全稳定性的超导磁体。在“双质子”中就是采用这种超导磁体，它能在10秒的周期内去磁。

在使用大型超导磁体时，完全稳定性是必要的，采取的方法是把所需量的稳定母材与极细多芯搓合导体相结合，制成电流容量很大的超导磁体。现在世界上最大的超导磁体（核聚变用的螺旋形磁体的试验装置）以及各国制成的超导线圈中也是采用这种超导磁体。

近年来，继极细多芯超导磁体的技术之后又得到了进一步的发展，这就是成功地开发了用1秒钟即能去磁的4 MJ级超导磁体，而且还试制了相当小型的，用Ⅰ频50/60 HZ电流便能运转的超导磁体。

3.冷冻机系统

为了使超导磁体正常工作，必须要保持在液氦温度。在“双质子”中，为了把1200个超导磁体冷却后仍保持在超低温状态下，特地设置了中央液化站（冷冻能力4.5 k，23 kw+4000 l/h）和12个辅助冷冻机（冷冻能力约1 kw），这是世界上最大规模的完全冷冻系统，其运转功率推算约为1万2千kw。在相同的磁场条件下，如不用超导磁体，而用一般的导电磁体，那么其所产生的电流要远远小得多。

在这样的冷冻系统中，大多数超导磁体是在连续时间里（一般为6个月）保持在同一超低温条件下。以往，超导设备用的氦冷冻机大多是使用于短时间的实验或将液氦供应给实验装置。作为独立的液化机运转，一般连续运转时间是几天到二星期。所谓能连续运转，即要确保其运转可靠性，这是冷冻机组件和系统设计技术进步的结果，现已如实验证实可满足作为实用冷冻机械的条件。

4.大规模系统

“双质子”是世界上最大的超导系统，该系统可把大量的超导磁体保持固定特性，制造时无误差。因为把绕线导体制成相同特性（尺寸、磁场分布、临界特性等）的超导磁体是制造“双质子”的最低条件，因此“双质子”的研制成功证实了超导技术已发展到新的水平。

5.超导材料

“双质子”使用的超导材料是NbTi合金，目前在超导磁体中所使用的超导材料大部分是NbTi合金、或者是Nb₃Sn金属化合物。Nb₃Sn临界磁场强，适用于产生10特斯拉以上的强磁场。合金有良好的加工性能，早期制作极细多芯超导磁体是采用挤压、轧制、拉丝等工序。化合物的制造工序也相同，但不具有加工性。因此在原料阶段加工后，是采用热处理的方法形成所需要的相。另外，化合物导体容易受应力应变时影响，对导体的构成要有相适应的措施。因此，作为超导磁体的制造技术以使用合金系较合适。

据说，最近已发现超过40 k临界温度的氧化物材料，但是，在临界电流高的状态下得到的物质似乎还是一个未知数（有可能性）。作为实用超导磁体的开发估计还需要几十年的时间。

6.超导磁体技术

以上概括了有关超导磁体技术，如按磁体的大小、产生磁场的强度、励磁速度等来分类，并根据目前技术所能达到的水平，那么可由表2所示。

二、超导应用的可能性

三、在电力设备中的应用

表3是关于电力设备的超导化，从其研究内容来看，超导设备必需要达到超低温。因为超低温时，损耗为零，原理上，一次超低温冷却，不需要保持超低温的动力。但是，在实际中，低温容器的完全绝热是不可能的，热量一定会扩散到超低温部，而且，即使超导体本身根据条件也会产生损耗。由于这些超低温部的热而需要冷却，因此冷冻机是不可缺少的。

这种冷冻机所需的动力，是遵循热机热力学的第二定律，实际上冷冻机的效率有刻度效应。大型冷冻机可达1/350，小型为1/1000以下（4.2 k和300 k之间的理想卡诺循环效率为1/70），即冷冻机越大越有利。另外，由于扩散到低温容器的热量和表面积成比例，因此从每单位体积考虑，越是大型的，扩散热量就越少（在电缆中，体积和表面积成比例，所以也就没有大小特点）。因此，在考虑电力设备（包括电缆）的超导时，要达到经济性，即需要一定规模程度以上的冷冻机，其允许的最小规模则根据各种电力设备而异（参照表4）。

四、研究开发战略

这25年中，电力设备的超导化一直在围绕无损耗、高效率设备的实现在进行创新，特别在1970年前后的高度经济发展时期，电力的年增长率已迅速提高到10%以上，这就需要有确保大容量的供电设备。但在原有的技术基础上发展较为困难，这就需要采用大容量的超导设备，因此世界各国都曾以超导输电电缆为中心进行开发研究。但到1973年之后，由于经过二次石油危机，世界能源需要量低落，因此以大容量为目标的超导电机的研究开发工作也就处于低潮。

电力设备超导化的优点是能达到高效率化、高密度化，以大容量化作为其结果是有可能的。高效率化、高密度化是迅速取代现有技术的研究课题，这特别是对目前和将来的能源、资源高价格时代更是至关重要的研究课题。

如前所述，根据高能物理、MHD发电、磁悬浮列车、核聚变等国家计划项目，超导、超低温技术正在向实用性高的技术水平方向发展。为了达到上述因的，超导电机的研究开发究竟应如何开展呢？

首先，超导电机技术要结束基础研究阶段，进入开

发研究阶段，对此，作为最初目标可作如下选择：

1.以现有的系统规模确立技术；

2.不仅要提高效率（节能效果），而且还要保持其他方面的特点（在综合经济性方面的优良技术）；

3.对其他电机超导化的有利技术；

4.采用能与原有运转维修体制不同的技术；

其次，在超导电机的研究开发中，要注意两点：

1.到目前为止，由于超导电机是要在高度发达的电力系统中使用的设备，因此首先要确定必需的技术，以确保超导电机的可靠性，即在具体研究开发中，引导机的试制不可能迅速，这就要扎扎实实地累积单元技术以及单元的综合技术。

2.单元技术的研究开发以超导电力系统为主，当前目标不限于超导励磁线圈发电机，应该采用对实现超导电力系统更有效的最佳开发方案。

现在，世界各国对开发超导电机并不十分积极。但对超导电机基础技术的研究始终没有放松。对于以技术立国的日本来说，领先于各国，走向超导电机的实用化，这不仅对本国的经济发展有很大作用，而且对国际社会也会有很大贡献。

[《OHW》（日）1987年3月号]