초전도성의 기술적 응용

초전도성의 기술적 적용은 다음과 같다.

• SQUID(초전도 양자 간섭 장치)를 기반으로 한 민감 자기계 생산
• 고속 디지털 회로(Josephson 접합 및 고속 단속 양자 기술 기반 회로 포함)
• 자기부상열차에 사용되는 강력한 초전도 전자석, 자기공명영상(MRI) 및 핵자기공명영상(NMR) 기계, 자기감금융합로(예: 토카막), 입자 가속기에 사용되는 빔스티어링 및 초점자석.
• 저손실 전력 케이블
• RF 및 마이크로파 필터(예: 휴대 전화 기지국, 군용 초감각/선택형 수신기)
• 고속 고장 전류 한계치
• 전환 에지 센서, 초전도 전압계, 초전도 터널 접합 검출기, 운동 인덕턴스 검출기, 초전도 나노와이어 단방향 검출기를 포함한 고감도 입자 검출기
• 레일건과 코일건 자석
• 전기 모터와 발전기^[1]

저온 초전도율

자기공명영상(MRI) 및 핵자기공명영상(NMR)

초전도성의 가장 큰 적용 분야는 MRI와 NMR에 필요한 대량의 안정적이고 고강도 자기장 생산이다. 이는 옥스퍼드 인스트루먼트나 지멘스와 같은 회사들의 수십억 달러 규모의 시장을 대표한다.자석은 LTS 기기를 액체 헬륨 온도로 냉각시킬 필요성에도 불구하고, 고온의 초전도체는 필요한 고, 안정 및 대량의 장을 비용 효과적으로 전달할 수 있을 만큼 아직 저렴하지 않기 때문에 일반적으로 저온 초전도체(LTS)를 사용한다.초전도체는 또한 고장의 과학 자석에도 사용된다.null

입자 가속기 및 자기 융합 장치

대형 하드론 충돌기와 같은 입자 가속기는 다량의 LTS를 필요로 하는 많은 높은 전기장 전자석을 포함할 수 있다.LHC 자석을 건설하기 위해서는 5년간 전 세계 니오비움-타이타늄 전선 생산량의 28% 이상이 필요했으며, LHC의 거대한 실험 검출기용 자석에도 다량의 NbTi가 사용되었다.^[2]null

기존의 퓨전 기계(JET, ST-40, NTSX-U, MAST)는 구리 블록을 사용한다.이는 테슬라의 영역을 1-3개로 제한한다.몇몇 초전도 핵융합 기계들이 2024-2026 타임프레임에 계획되어 있다.여기에는 ITER, ARC 원자로 및 다음 버전의 ST-40이 포함된다.고온 초전도체를 추가하면 신세대 토카막스에 대한 분야(10~13테슬라)의 규모 개선 순서가 나와야 한다.^[3]null

고온초전도(HTS)

지금까지 고온 초전도체(HTS)에 대한 상업적 적용은 제한적이었다.null

HTS는 초전도 온도로 냉각하기 위해 액체 헬륨이 아닌 액체 질소만 필요로 한다.그러나 HTS 기술의 문제는 현재 알려진 고온 초전도체는 제조 비용이 많이 들고 전선이나 다른 유용한 형태로 쉽게 형성되지 않는 부서지기 쉬운 세라믹이라는 점이다.^[4]따라서 HTS의 애플리케이션은 예를 들면 다음과 같은 다른 내재적 장점을 가지고 있다.

• LTS 장치의 낮은 열 손실 전류 리드(낮은 열 전도성)
• RF 및 마이크로파 필터(RF에 대한 저저항)
• 특히 크기 및 전기 소비가 중요한 경우 전문 과학 자석에서는 더욱 증가하며(HTS 와이어는 이러한 애플리케이션에서 LTS보다 훨씬 비싸지만, 이는 냉각의 상대적 비용과 편리성으로 상쇄될 수 있음), 필드 램프 기능을 원하는 경우(HTS의 작동 온도 범위가 더 높고 넓음)ans 더 빠른 필드 변화를 관리할 수 있다) 또는 크라이오젠 자유 작동이 필요하다(LTS는 일반적으로 점점 더 부족해지고 비싸지는 액체 헬륨을 필요로 한다).

HTS 기반 시스템

HTS는 NMR과 MRI 시스템에서의 사용을 포함하여 과학 및 산업 자석에 응용된다.상업적 시스템은 이제 각 범주에서 이용할 수 있다.^[5]null

또한 HTS의 한 가지 본질적인 속성은 LTS보다 훨씬 높은 자기장을 견딜 수 있다는 것이므로, 액체 헬륨 온도에서의 HTS는 LTS 자석 내부의 매우 높은 필드 삽입에 대해 탐구되고 있다.null

장래 유망한 산업 및 상업용 HTS 애플리케이션에는 인덕션 히터, 변압기, 고장 전류 한계치, 전력 저장, 모터 및 발전기, 핵융합로(ITER 참조), 자기부상 장치 등이 포함된다.null

초기 적용은 더 작은 크기, 더 낮은 무게 또는 신속하게 전류를 전환하는 능력(고장 전류 한계치)의 이점이 추가된 비용보다 큰 경우일 것이다.도체 가격 하락에 따른 장기적 HTS 시스템은 에너지 효율만을 근거로 한 훨씬 더 광범위한 응용 분야에서 경쟁력을 갖추어야 한다. (전력 시스템의 HTS 기술의 재생 상태와 2세대 도체의 개발 상태에 대한 상대적으로 기술적이고 미국 중심적인 관점은 2008년 미국 전기 시스템의 초전도성을 참조한다. DOE 연간 동료 검토).null

전력 송전

홀브룩 초전도체 프로젝트

LIPA 프로젝트로도 알려진 홀브룩 초전도체 프로젝트는 세계 최초의 초전도 전송전력 케이블을 설계하고 건설하는 프로젝트다.이 케이블은 2008년 6월 말 롱아일랜드 전력국(LIPA)에 의해 위탁되었다.교외 롱아일랜드 변전소는 약 600m 길이의 지하 케이블 시스템으로 공급되며, 미국 초전도체에 의해 제조된 약 99마일(159km)의 고온 초전도체 와이어로 구성되며, 지하에 설치되고 액체 질소로 냉각되어 추가적인 p를 전달하는데 필요한 비용이 크게 절감된다.또한,^[6] 케이블 설치는 오버헤드 송전선에 대한 엄격한 허가 문제를 피했고, 오버헤드 송전선에 대한 대중의 우려를 해결할 수 있는 해결책을 제공했다.^[7]null

트레스 아미가스 프로젝트

미국 최초의 재생 에너지 시장 중심지인 트레스 아미가스 프로젝트에 아메리칸 초전도체가 선정되었다.^[8]트레스 아미가스 재생 에너지 시장 허브는 미국의 3개 전력 그리드(동방 상호 접속, 서부 상호 접속 및 텍사스 상호 접속) 간에 많은 기가와트 전력을 전달하고 균형을 맞출 수 있는 초전도체 전기 파이프라인의 다마일 삼각형 전기 경로가 될 것이다.기존 전력선과 달리 AC 전류가 아닌 DC로 전력을 전달한다.그것은 뉴 멕시코의 클로비스에 위치할 것이다.null

에센 도심지

독일 에센은 세계 최장 초전도 전력케이블을 1km에 생산하고 있다.10kV 액체 질소 냉각 케이블이다.케이블은 등가 110 kV 일반 케이블보다 작으며 낮은 전압은 소형 변압기의 추가적인 장점을 가진다.^[9][10]null

보어드 알루미늄 공장

독일 보에르데의 알루미늄 공장은 부피와 재료 수요 감소를 장점으로 내세우며 200kA를 운반하는 케이블에 초전도체를 사용할 계획이다.^[11][12]null

디보리드 마그네슘

마그네슘 디보라이드는 길이당 전류 운반 용량(kA*m)당 비용 측면에서 BSCCO나 YBCO보다 훨씬 저렴한 초전도체로, LTS와 같은 야구장에서, 이 기준으로 이미 제조된 많은 와이어가 구리보다 저렴하다.더욱이 MgB는₂ LTS보다 높은 온도(임계온도는 39K, NbTi의 경우 10K 미만, NbSn의₃ 경우 18.3K 미만)에서 초전도체를 하며, 10~20K에서 극저온 자석이나 아마도 결국 액체 수소에 사용할 가능성을 소개한다.^{[citation needed]}그러나 MgB는₂ 이러한 높은 온도에서 견딜 수 있는 자기장이 제한되어 있기 때문에 더 높은 현장 적용에서 경쟁력을 입증하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.null

덫에 걸린 자기장

초전도 물질을 짧은 자기장에 노출시키는 것은 발전기와 같은 기계에서 사용하기 위해 그장을 가둘 수 있다.어떤 용도에서는 그들은 전통적인 영구 자석을 대체할 수 있다.^[13][14][15]null

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