李迪 陈科

随着超导材料性能不断提高和完善，科学家们正在积极开展高温超导应用技术的研究，其中诞生了一个重要领域的研究应用——高温超导磁浮列车技术。就在本月13日，具有完全自主知识产权的，世界首条高温超导高速磁浮样车及试验线，在西南交通大学下线。此次下线的世界首台高温超导高速磁浮工程化样车重达12.5吨，但是它就像是一片漂浮于水面的叶子，仅用手就能轻松向前推动。为何如此神奇？答案就是：高温超导磁浮技术使它实现了静止悬浮。

12.5吨列车实现静止悬浮

高温超导体的电阻近似为0。因此产生的感应电流会在超导体内一直循环下去，而感应电流产生的磁场与轨道磁场方向相反，将相互作用产生悬浮力。“磁浮根据悬浮力的产生原理不同，主要分为电磁悬浮、电动悬浮和高温超导磁悬浮。最常见的是电磁悬浮，它的基本原理就是‘电生磁，即通电后产生悬浮。”西南交通大学教授邓自刚说，此外电动悬浮，顾名思义就是“动生电”，即运动起来后产生悬浮。

而低温超导电动悬浮是利用车载低温超导磁体与闭合“8”字形线圈的相对运动，在线圈中感应出涡流，涡流再产生感应磁场，感应磁场与磁体磁场互相作用产生电磁力，从而实现悬浮。

当前，我国已成为世界高铁大国，技术、装备、建设和运营达到国际先进水平。在磁浮列车技术上，西南交通大学正在持续推进原创的高温超导磁浮列车技术。

据邓自刚介绍，高温超导磁浮技术利用了非理想第二类高温超导体在混合态中的磁通钉扎特性，实现稳定悬浮导向一体化。因此，高温超导磁浮也被称为“高温超导钉扎悬浮”。

他表示，高温超导磁浮还有一个显著的特点——列车前进方向的磁阻力几乎为0。“在这些优势的加持下，高温超导才能帮助磁浮列车实现‘奔跑，甚至更适合未来交通的超高速应用。”

高温超导材料“捆绑”磁力线

处于超导态的高温超导块材向永磁体逐渐靠近，外界磁场以磁通量子束形式开始进入超导体内，钉扎中心周围超导区域将产生涡流而牢牢地锁定磁通量子束。

据介绍，目前任何一种磁浮列车制式都能实现悬浮、导向、驱动这三项最重要的功能。邓自刚解释，导向也可以用“感生电”来解释，更形象的解释是高温超导材料具有磁通钉扎特性，对磁力线有束缚作用，从而实现导向功能。

“由于超导体在轨道上方，磁力线将穿透超导体，但如果磁力线被钉扎在超导体里面，要想移动超导体，它就会产生一个回复力，阻碍车体的移动，所以说回复力会起到导向作用，使列车不会发生脱轨。”他说。

具体来看，高温超导体材料制备过程中产生的位错、沉淀物等缺陷，形成位能势阱。将正常态的超导块材放入磁场中，此时磁场能够穿过块材，块材进行冷却进入超导态后，位能势阱会阻止磁通线移动，对磁通线进行“束缚”，也就是磁通钉扎效应。处于超导态的高温超导块材向永磁体逐渐靠近，外界磁场以磁通量子束形式开始进入超导体内，在其通过的路径上遇到结构缺陷等（钉扎中心），钉扎中心周围超导区域将产生涡流而牢牢地锁定磁通量子束，宏观上表现为自稳定悬浮现象。

从驱动功能方面来说，磁浮列车都是依靠直线电机进行牵引，直线电机产生一个行波磁场，然后拉着列车不停地“奔跑”。直线电机与车体之间也没有接触，由车上永磁体组成的动子和线路上线圈组成的定子构成，两者相互作用，产生牵引力或制动力。

当然，磁浮列车的底部装有悬浮装置，被称为“杜瓦”。杜瓦里面有超导材料，可以把它理解為列车的“车轮”。因此，要让列车悬浮，车载高温超导材料、地面永磁轨道和液氮三要素必不可少。