超導(dǎo)磁體：用超導(dǎo)導(dǎo)線作勵(lì)磁線圈的磁體。通常都用圖1外加電流源供電方式工作，升場(chǎng)、降場(chǎng)都方便、安全。原則上也可以用閉合超導(dǎo)回路，采用超導(dǎo)開(kāi)關(guān)方式工作。如圖，電源P通過(guò)變阻器R向超導(dǎo)線圈S提供電流，調(diào)節(jié)R以獲得預(yù)定的磁感應(yīng)強(qiáng)...共4次編輯。
正文
界面能小于零的超導(dǎo)體。根據(jù)超導(dǎo)體在磁場(chǎng)中磁化曲線的差異，超導(dǎo)體可分為第一類(lèi)和第二類(lèi)兩類(lèi)。在已發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)元素中，只有釩、和屬于第二類(lèi)，其他元素均屬第一類(lèi)。然而大多數(shù)超導(dǎo)合金和化合物則屬于第二類(lèi)：它們的區(qū)分在于:第一類(lèi)超導(dǎo)體的維塔利·金茨堡列夫·達(dá)維多維奇·朗道參量（見(jiàn)超導(dǎo)電性）,超導(dǎo)-正常相的界面能為正；而第二類(lèi)超導(dǎo)體，，界面能為負(fù)。
基于第二類(lèi)超導(dǎo)體的某些性質(zhì)（如磁化行為、臨界電流等）對(duì)諸如位錯(cuò)、脫溶相等各種晶體缺陷十分敏感。只有體內(nèi)組分均勻分布，不存在各種晶體缺陷，其磁化行為才呈現(xiàn)完全可逆，稱(chēng)為理想第二類(lèi)超導(dǎo)體。反之，則稱(chēng)為非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體或硬超導(dǎo)體。非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體具有較大的實(shí)用價(jià)值。
理想第二類(lèi)超導(dǎo)體
一細(xì)長(zhǎng)圓柱狀的理想第二類(lèi)超導(dǎo)體，處于平行于軸方向的外磁場(chǎng)中時(shí)，其磁化曲線如圖1所示（圖中還畫(huà)出了第一類(lèi)超導(dǎo)體的磁化曲線作為比較）。可以看到存在有兩個(gè)確定的臨界場(chǎng),即下臨界場(chǎng)Hc1和上臨界場(chǎng)Hc2。當(dāng)外磁場(chǎng)低于Hc1時(shí)，超導(dǎo)體處于邁斯納態(tài)，即磁場(chǎng)被排出超導(dǎo)體外。但從Hc1開(kāi)始，磁場(chǎng)部分地穿透到超導(dǎo)體內(nèi)部，而且隨著磁場(chǎng)的增高，穿透程度也增加(-M減少);一直到達(dá)到Hc2時(shí)磁場(chǎng)才完全穿透超導(dǎo)體(M=0),這時(shí)，超導(dǎo)體過(guò)渡到正常態(tài)。在?Hc1＜H＜Hc2內(nèi)的狀態(tài)，叫做混合態(tài)。一般地說(shuō)，理想第二類(lèi)超導(dǎo)體在?Hc1和?Hc2處的轉(zhuǎn)變均屬于二級(jí)相變。Hc1和Hc2的值由下列理論公式確定：
式中Hc為熱力學(xué)臨界磁場(chǎng)。它們與溫度的關(guān)系都可近似地表示為
。
第二類(lèi)超導(dǎo)體的熱力學(xué)臨界磁場(chǎng)Hc可由實(shí)測(cè)到的磁化曲線下面所包圍的面積?而得到，其中。
第二類(lèi)超導(dǎo)體
理想第二類(lèi)超導(dǎo)體處于混合態(tài)時(shí)，磁場(chǎng)以量子化的磁通量線(也叫磁通渦旋)形式穿透體內(nèi)。每根磁通線所具有的磁通量正好等于一個(gè)磁通量子，式中h為普朗克常數(shù),e為電子電荷。磁通線的結(jié)構(gòu)如圖2所示。磁通線的中心是一個(gè)半徑約為相干長(zhǎng)度ξ?的圓柱形正常區(qū)，它外面存在一半徑約為穿透深度λ?的磁場(chǎng)和超導(dǎo)電流區(qū)域。一般地說(shuō)，對(duì)于的第二類(lèi)超導(dǎo)體，有λξ。
理論和實(shí)驗(yàn)上都已得出，當(dāng)處于熱力學(xué)平衡態(tài)時(shí)，理想第二類(lèi)超導(dǎo)體中的磁通線排列成三角點(diǎn)陣，其點(diǎn)陣常數(shù)隨磁場(chǎng)的增高而減小。
第二類(lèi)超導(dǎo)體與絕緣體或真空接觸，當(dāng)它處在與界面平行的方向的外磁場(chǎng)中時(shí)，則存在于表面附近ξ厚度薄層內(nèi)的超導(dǎo)電性，一直可以保持到=1.695Hc2為止，這就是表面超導(dǎo)性。
處于混合態(tài)(H>Hc1)的理想第二類(lèi)超導(dǎo)體，在橫向磁場(chǎng)中，不能承載任何大小的超導(dǎo)傳輸電流，因而無(wú)多大實(shí)用價(jià)值。
有關(guān)理想第二類(lèi)超導(dǎo)體的理論是由Β.Л.維塔利·金茨堡、Л.Д.列夫·達(dá)維多維奇·朗道、Α.Α.阿布里考索夫和?Л.∏.戈科夫建立的，通稱(chēng)為ΓЛΑΓ理論。
非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體? 非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體的磁化曲線，如圖3所示。由于體內(nèi)存在晶體缺陷而呈現(xiàn)不可逆的特性。當(dāng)外磁場(chǎng)從零開(kāi)始增大但小于Hc1時(shí)，超導(dǎo)體處于邁斯納態(tài)。當(dāng)H>Hc1時(shí)，磁場(chǎng)以磁通線的形式穿透體內(nèi)。但缺陷的存在對(duì)磁通線的穿透造成阻力，因此超過(guò)Hc1時(shí)，磁化強(qiáng)度繼續(xù)增大。當(dāng)H>Hp時(shí),?則隨磁場(chǎng)的增大而它減小。直至Hc2時(shí)，磁化強(qiáng)度才等于零。當(dāng)磁場(chǎng)從高于Hc2下降時(shí)，缺陷同樣阻礙磁通量排出，故磁化曲線上出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象，以致零磁場(chǎng)時(shí)有剩余磁矩，稱(chēng)為俘獲磁通。
晶陣缺陷的存在，阻礙著磁通線的運(yùn)動(dòng)。因此，可以把它們看作是一些對(duì)磁通線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生釘扎作用的釘扎體，也稱(chēng)為磁通釘扎中心。釘扎作用的強(qiáng)弱以釘扎力Fp的大小來(lái)表示。當(dāng)溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，由于熱激活的存在，磁通線總是有一定的幾率從一個(gè)釘扎中心遷移到另一個(gè)釘扎中心，這種磁通線發(fā)生跳躍式的無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)叫做磁通蠕動(dòng)。
當(dāng)傳輸電流在與外磁場(chǎng)相垂直的方向上通過(guò)處于混合態(tài)的超導(dǎo)體時(shí)，每根磁通量線既受到釘扎力Fp的釘扎作用，又受到電磁力（洛倫茲力）FL=J)×Φo的驅(qū)動(dòng)作用，其中J)?為電流密度,Φo為磁通量子。當(dāng)FL>Fp時(shí)，磁通線會(huì)發(fā)生較快地橫過(guò)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這就是磁通流動(dòng)。它會(huì)在導(dǎo)體縱向感生電壓,?相應(yīng)地“電阻”稱(chēng)為磁通流動(dòng)電阻，其電阻率，式中ρn為超導(dǎo)體處于正常態(tài)時(shí)的電阻率，B?為外磁場(chǎng)值。
在平衡狀態(tài)下，超導(dǎo)體內(nèi)各處的釘扎力與洛倫茲力相等，磁通線處于臨界態(tài)。這時(shí)，超導(dǎo)體的體電流密度就是臨界電流密度Jc。為描述臨界態(tài)，已提出了比恩-倫敦(Bean-London)模型和金-安德森(Kim-Anderson)等模型。
非理想第二類(lèi)超導(dǎo)體處于混合態(tài)時(shí)，在很高的橫向磁場(chǎng)下，仍可以通過(guò)很大的體超導(dǎo)電流，其臨界電流密度Jc有時(shí)高達(dá)106A/cm2以上。通過(guò)Jc-H?特性和組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以及磁熱不穩(wěn)定性等的研究，現(xiàn)今已研制成功Nb-Ti、Nb-Zr合金和Nb3Sn,V3Ga化合物等穩(wěn)定的實(shí)用超導(dǎo)材料（見(jiàn)超導(dǎo)元素及合金和化合物），成為發(fā)展強(qiáng)磁場(chǎng)超導(dǎo)磁體技術(shù)的基礎(chǔ)。已經(jīng)應(yīng)用于固體物理、高能物理、受控聚變反應(yīng)、磁流體發(fā)電等一系列現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)部門(mén)而顯示了巨大的優(yōu)越性。
參考書(shū)目
D.?Saint-James,?G.?Sarma?and?E.?T.?Thomas,?TypeⅡ?Superconductivity,Pergamon,?Oxford,?1969.
吳杭生、管維炎、李宏成著:《超導(dǎo)電性。第二類(lèi)超導(dǎo)體和弱連接超導(dǎo)體》，科學(xué)出版社，北京市，1979。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所《超導(dǎo)電材料》編寫(xiě)組編：《超導(dǎo)電材料》，科學(xué)出版社，北京，1973。
參考資料 >