最近一則“我國(guó)自主研制速度可達(dá)600km/h的高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)首次懸浮運(yùn)行”的新聞刷屏了,但大家不要被這個(gè)“高溫”給欺騙了,我們知道要實(shí)現(xiàn)材料超導(dǎo)必須在低溫條件下才能實(shí)現(xiàn),那為什么這里叫高溫超導(dǎo)呢?我們得先科普一下低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)的概念。
高溫超導(dǎo)磁懸浮列車和低溫超導(dǎo)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(dǎo)材料和超導(dǎo)溫度。
高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(High-Temperature Superconductor Maglev Train,簡(jiǎn)稱HTS Maglev Train)采用高溫超導(dǎo)材料,超導(dǎo)溫度在-196℃以上,通常采用液氮作為冷卻介質(zhì)。而低溫超導(dǎo)磁懸浮列車(Low-Temperature Superconductor Maglev Train,簡(jiǎn)稱LTS Maglev Train)采用低溫超導(dǎo)材料,超導(dǎo)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(shuō)的“高溫”是指在-196℃以上,而“低溫”是指在-269℃以下,是相對(duì)而言的“高溫”。
兩者的主要優(yōu)劣勢(shì)如下:
高溫超導(dǎo)的優(yōu)勢(shì):
超導(dǎo)溫度高:高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)溫度比低溫超導(dǎo)材料高,冷卻成本更低。
更高的懸浮力:HTS Maglev Train采用高溫超導(dǎo)技術(shù)的磁懸浮系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的懸浮力,使列車能夠以更高的速度運(yùn)行。
高溫超導(dǎo)的劣勢(shì):
技術(shù)復(fù)雜:高溫超導(dǎo)材料的制備和應(yīng)用技術(shù)相對(duì)較為復(fù)雜,需要更高的研發(fā)成本。
能耗高:相對(duì)于低溫超導(dǎo)磁懸浮列車,高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的能耗更高。
低溫超導(dǎo)的優(yōu)勢(shì):
成熟的技術(shù):低溫超導(dǎo)材料的制備和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟,制造成本相對(duì)較低。
穩(wěn)定性好:低溫超導(dǎo)材料的穩(wěn)定性相對(duì)較高,適用范圍更廣。
低溫超導(dǎo)的劣勢(shì):
超導(dǎo)溫度低:低溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)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(dǎo)技術(shù)的磁懸浮系統(tǒng)懸浮力較低,列車運(yùn)行速度受到限制。
目前低溫超導(dǎo)列車還沒(méi)有商業(yè)化應(yīng)用,仍處于研發(fā)和實(shí)驗(yàn)階段。由于低溫超導(dǎo)需要極低的溫度和復(fù)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(yīng)用的進(jìn)展。不過(guò),一些國(guó)家和地區(qū)仍在積極推進(jìn)低溫超導(dǎo)磁懸浮列車的研究和試驗(yàn),包括日本、德國(guó)、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(dǎo)磁浮線路,稱為“長(zhǎng)島試驗(yàn)線”,該線路使用的是Nb-Ti超導(dǎo)材料。目前,日本正在進(jìn)行名為“Maglev2027”的計(jì)劃,計(jì)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(yùn)營(yíng)。該列車采用的是新型的低溫超導(dǎo)材料和制冷系統(tǒng),預(yù)計(jì)最高時(shí)速可達(dá)到500公里每小時(shí)以上。
德國(guó)也在研究開發(fā)低溫超導(dǎo)磁浮列車,其研究中心位于德國(guó)慕尼黑的慕尼黑工業(yè)大學(xué),開發(fā)的是一種基于MgB2超導(dǎo)材料的磁浮系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)室和室外試驗(yàn),并取得了一定的進(jìn)展。
瑞士也在研究低溫超導(dǎo)磁浮技術(shù),其研究機(jī)構(gòu)包括瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院、蘇黎世大學(xué)等,目前正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。
而我國(guó)則采用高溫超導(dǎo)技術(shù),即HTS Maglev Train。具體來(lái)說(shuō),中國(guó)的磁懸浮列車采用的是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù),采用YBCO超導(dǎo)材料,并采用液氮冷卻系統(tǒng)來(lái)保持超導(dǎo)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(yùn)行。截至2021年,中國(guó)已經(jīng)建成了世界上第一條商業(yè)運(yùn)營(yíng)的高速磁懸浮鐵路——上海磁浮列車示范運(yùn)營(yíng)線,其最高設(shè)計(jì)時(shí)速可達(dá)到430公里每小時(shí),是目前全球最快的商業(yè)列車。2023年3月這次由中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司自主研制的高溫超導(dǎo)電動(dòng)懸浮全要素試驗(yàn)系統(tǒng)完成首次懸浮運(yùn)行,時(shí)速600km/h則刷新了磁懸浮列車的新紀(jì)錄。