最近一則“我國自主研制速度可達600km/h的高溫超導電動懸浮交通系統(tǒng)實現(xiàn)首次懸浮運行”的新聞刷屏了,但大家不要被這個“高溫”給欺騙了,我們知道要實現(xiàn)材料超導必須在低溫條件下才能實現(xiàn),那為什么這里叫高溫超導呢?我們得先科普一下低溫超導和高溫超導的概念。
高溫超導磁懸浮列車和低溫超導磁懸浮列車是兩種不同類型的磁懸浮列車。它們之間最大的區(qū)別在于使用的超導材料和超導溫度。
高溫超導磁懸浮列車(High-Temperature Superconductor Maglev Train,簡稱HTS Maglev Train)采用高溫超導材料,超導溫度在-196℃以上,通常采用液氮作為冷卻介質(zhì)。而低溫超導磁懸浮列車(Low-Temperature Superconductor Maglev Train,簡稱LTS Maglev Train)采用低溫超導材料,超導溫度通常在-269℃以下,需要采用液氦等更低溫度的冷卻介質(zhì)。這里所說的“高溫”是指在-196℃以上,而“低溫”是指在-269℃以下,是相對而言的“高溫”。
兩者的主要優(yōu)劣勢如下:
高溫超導的優(yōu)勢:
超導溫度高:高溫超導材料的超導溫度比低溫超導材料高,冷卻成本更低。
更高的懸浮力:HTS Maglev Train采用高溫超導技術(shù)的磁懸浮系統(tǒng)可以實現(xiàn)更高的懸浮力,使列車能夠以更高的速度運行。
高溫超導的劣勢:
技術(shù)復雜:高溫超導材料的制備和應用技術(shù)相對較為復雜,需要更高的研發(fā)成本。
能耗高:相對于低溫超導磁懸浮列車,高溫超導磁懸浮列車的能耗更高。
低溫超導的優(yōu)勢:
成熟的技術(shù):低溫超導材料的制備和應用技術(shù)已經(jīng)比較成熟,制造成本相對較低。
穩(wěn)定性好:低溫超導材料的穩(wěn)定性相對較高,適用范圍更廣。
低溫超導的劣勢:
超導溫度低:低溫超導材料的超導溫度較低,需要更低溫度的冷卻介質(zhì),冷卻成本更高。
懸浮力較低:LTS Maglev Train采用低溫超導技術(shù)的磁懸浮系統(tǒng)懸浮力較低,列車運行速度受到限制。
目前低溫超導列車還沒有商業(yè)化應用,仍處于研發(fā)和實驗階段。由于低溫超導需要極低的溫度和復雜的制冷系統(tǒng),因此成本和技術(shù)難度較高,限制了其商業(yè)化應用的進展。不過,一些國家和地區(qū)仍在積極推進低溫超導磁懸浮列車的研究和試驗,包括日本、德國、瑞士等。
日本在1990年代初期曾經(jīng)研究開發(fā)了一條低溫超導磁浮線路,稱為“長島試驗線”,該線路使用的是Nb-Ti超導材料。目前,日本正在進行名為“Maglev2027”的計劃,計劃在2027年之前推出全球最快的磁懸浮列車,并將其商業(yè)化運營。該列車采用的是新型的低溫超導材料和制冷系統(tǒng),預計最高時速可達到500公里每小時以上。
德國也在研究開發(fā)低溫超導磁浮列車,其研究中心位于德國慕尼黑的慕尼黑工業(yè)大學,開發(fā)的是一種基于MgB2超導材料的磁浮系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)進行了一些實驗室和室外試驗,并取得了一定的進展。
瑞士也在研究低溫超導磁浮技術(shù),其研究機構(gòu)包括瑞士聯(lián)邦理工學院、蘇黎世大學等,目前正在進行實驗室測試。
而我國則采用高溫超導技術(shù),即HTS Maglev Train。具體來說,中國的磁懸浮列車采用的是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高溫超導磁浮技術(shù),采用YBCO超導材料,并采用液氮冷卻系統(tǒng)來保持超導狀態(tài)。這種技術(shù)的懸浮系統(tǒng)可以提供更高的懸浮力,使得列車能夠以更高的速度運行。截至2021年,中國已經(jīng)建成了世界上第一條商業(yè)運營的高速磁懸浮鐵路——上海磁浮列車示范運營線,其最高設(shè)計時速可達到430公里每小時,是目前全球最快的商業(yè)列車。2023年3月這次由中車長春軌道客車股份有限公司自主研制的高溫超導電動懸浮全要素試驗系統(tǒng)完成首次懸浮運行,時速600km/h則刷新了磁懸浮列車的新紀錄。