近日，我校电气工程学院王为副研究员与剑桥大学研究人员在《nature reviews electrical engineering》合作发表了高温超导领域的特邀综述论文《High-temperature superconductors and their large-scale applications》。我校是唯一合作单位，负责了论文中有关磁通泵相关内容的撰写。

该综述主要阐述了高温超导（HTS）材料及其大规模应用。首先介绍了超导材料的基本概念、分类（如低温超导LTS材料和HTS材料）以及HTS材料的发现历程。接着详细阐述了HTS材料在大规模应用中面临的挑战，包括交流损耗、失超、热损耗和成本问题，并针对这些挑战介绍了相应的解决措施，如研发低损耗电缆（如PSALM、CORC等）、改进失超保护技术、发展磁通泵技术以降低热损耗等。

稀土钡铜氧化物（REBCO）电缆示例

高温超导体的应用实例

论文阐述了高温超导磁体在磁共振成像（MRI）、旋转电机和可控核聚变等领域的重要应用潜力及所面临的挑战。高温超导材料如 MgB₂和REBCO 因具有更高电流密度，有望实现更轻、更便携且高分辨率的MRI设备，满足医疗领域对高效成像技术的需求。在旋转电机应用中，HTS风力发电机能够提高功率输出，补偿低转速下对变速箱的依赖问题，提高发电效率，有望提升风能等清洁能源的利用率；在船舶/飞机推进方面，HTS磁体可提升电机的功率重量比，适应飞机、船舶等对重量敏感场景。在可控核聚变方面，HTS磁体可显著提升托卡马克磁场强度，有助于更好地约束等离子体，这对核聚变研究意义重大。多个核聚变项目正在积极开展相关工作，旨在利用HTS磁体实现更高效、更紧凑的核聚变装置，为能源领域带来变革。尽管面临交流损耗、失超、热损耗和高成本的障碍，HTS材料制造技术的发展有可能克服这些障碍，使高温超导材料有望在未来发挥更大作用，推动各领域技术进步。

在该综述中，四川大学负责了“热损耗与热隔离”部分的撰写。超导磁体应用中需传输大电流来产生强磁场，传统电力供应存在电源设备昂贵、体积大、能耗高的问题，电流引线也会导致严重的低温漏热。LTS 磁体可脱离电源在闭环持续电流模式（PCM）下运行，而 HTS 磁体因接头电阻等问题难以实现PCM模式运行。超导无线直流电源—磁通泵（Flux pump）的发明可使 HTS 磁体在类似 PCM 的模式下运行，大幅减少磁体运行能耗及低温漏热负担，且使 HTS 磁体系统更便携。随着磁通泵技术的进一步发展，有望在未来完全克服 HTS 磁体闭环运行的卡脖子问题。

论文介绍了四川大学在磁通泵领域取得的研究进展，主要包括：发现宏观“超导磁通量子耦合效应”（2018），揭示行波磁通泵物理起源；发明直线电机型磁通泵装置（2018），实现国际最小体积磁通泵（2020）、实现3.1 kA磁通泵最高输出记录值（2024），实现磁通泵最高精度双极性电流控制（2024），并基于磁通泵实现了高温超导磁体闭环运行关键技术突破（2023）。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s44287-024-00112-y