超導會如何影響人類生活？(趣科普)

　　想象一下，未來超導可能如何影響人類生活？

　　晨光中，城市道路行駛的汽車，正通過地下的超導無線充電設備實時補能。

　　搭載超導推進系統(tǒng)的電動飛機掠過江面，向遠處飛去。

　　超導磁懸浮列車以時速1000公里平穩(wěn)行駛，北京至上海只需一個多小時。

　　列車駛出隧道，從車窗向外看去，塔克拉瑪干沙漠的超級農田盡收眼底，懸浮在上空的聚變光球，源源不斷地為作物提供能量，昔日荒漠變成綠色糧倉……

　　從可控核聚變的無限能源，到電動飛機的綠色革命，超導以其神奇的物理特性，改變科技和生活。

　　可控核聚變

　　可控核聚變可以從根本上解決人類的能源問題，被許多國家列為未來能源的重要戰(zhàn)略方向。基于超導磁體的磁約束聚變技術最具工程化潛力，其核心特征是通過超導磁體產生的環(huán)形強磁場在真空腔內約束高溫等離子體，形成類似“磁籠”的約束環(huán)境。

　　磁約束聚變裝置內部存在著極端的溫度環(huán)境：超導磁體需要低于零下200攝氏度的低溫環(huán)境來維持超導特性，而被束縛的氘氚等離子體卻高達上億攝氏度，這相當于將太陽裝進冰箱，是當前最具挑戰(zhàn)性的前沿工程技術之一。近年來，高溫超導材料和磁體技術快速發(fā)展，可在較高的溫區(qū)產生遠高于低溫超導材料的磁場，成為目前推動聚變裝置發(fā)生變革性突破、實現(xiàn)商用發(fā)電的關鍵。

　　超導磁懸浮列車

　　中國的高速磁懸浮列車(時速600公里)進入測試階段，已接近大氣環(huán)境下的速度極限。超導磁懸浮技術讓列車懸浮在軌道上，消除了傳統(tǒng)列車的機械摩擦阻力，配合低真空管道，大幅降低空氣阻力，從而形成“低真空管道磁浮交通系統(tǒng)”，理論運行速度可突破1000公里/小時，比現(xiàn)有的民航飛機還快。乘坐這樣的陸上飛車，國內各大型城市間的一小時經濟圈將不再是想象。

　　電動大飛機

　　交通電氣化的進程從未停止。與水陸交通工具不同，飛機對重量極其敏感，電力推進系統(tǒng)的功率密度和輕量化技術是制約其發(fā)展的瓶頸。高溫超導材料的電流密度比傳統(tǒng)銅導體高50倍以上，可顯著提升電機、線纜、儲能等機載電氣設備的功率密度，成為當前突破電動飛機輕量化技術瓶頸的最優(yōu)技術路線。

　　法國、美國、俄羅斯等已經開始利用高溫超導技術循序漸進地對飛機進行電氣化改造。中國也開始了面向電動飛機的超導技術研究布局，在2019年《電動飛機發(fā)展白皮書》中規(guī)劃了載客250人、航程3500千米的超綠色混合電推進方案，中國航空研究院聯(lián)合高等院校正在開展超導動力系統(tǒng)研究。

　　當前全球共性技術難題在于缺乏高效超導電機與發(fā)電機，導致電動飛機研發(fā)進程受阻。航空動力系統(tǒng)超導電氣化轉型為我國提供了戰(zhàn)略機遇，通過攻克兆瓦級高密度超導電機、機載輕量化輸配電技術等，結合電動汽車領域積累的動力電池、驅動電機和電控系統(tǒng)等技術優(yōu)勢，有望在航空領域實現(xiàn)“換道超車”。

　　歷經百年時間，超導技術從液氦罐線圈演變?yōu)橥黄颇芰繐p耗限制的關鍵鑰匙。超導，正以其“無阻”特性，邁向無限未來。

　　(人民日報 作者：王亞偉 作者為上海交通大學電氣工程學院副教授，《超導(英文)》期刊副主編)