[发明专利]强磁场性能得到提高的超导体、其制造方法、以及包含该超导体的MRI仪器

说明书

相关申请

本专利申请要求2007年8月1日提交的、发明名称为“用于提 高含有Nb-Ti、Nb₃Sn和MgB₂的超导材料、超导线和超导带的强磁 场性能的方法(Method of enhancing high magnetic field properties of  superconducting materials，wires and tapes including Nb-Ti、Nb₃Sn，and  MgB₂)”的美国临时专利申请No.60/963,145以及2007年8月10 日提交的、发明名称为“基于MgB₂磁体的MRI以及相关的仪器(MgB₂magnet-based MRI and related apparatus)”的美国临时专利申请No. 60/964,441的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

概括而言，本发明的实施方案涉及超导体及其制造方法。更具体 地说，本发明的实施方案涉及具有强磁场性能的超导体，以及增强超 导体的强磁场性能的方法。

背景技术

目前，Nb-Ti合金和Nb₃Sn主要被用来制备强场磁体。近来发现， 39K超导体MgB₂在磁体方面具有巨大的潜力，因此其已经得到深入的 研究(参见C.Buzea和T.Yamashita，“Review of the Superconducting  Properties of MgB₂”，Supercond.Sci.Technol.15，R115-R146(2001))。 对于由具有高T_c的铜酸盐制成的输电超导电缆，目前尚处于开发过程 中(参见W.Buckel和R.Kleiner，“Superconductivity”，Wiley-VCH， Weinheim(2004)，第382页)。

对于磁体应用和电力传输而言，超导材料在高磁场下应具有高的 临界电流密度，这是由于存在强的涡旋钉扎或磁通钉扎。Nb-Ti合金和 Nb₃Sn表现出良好的钉扎性能。然而，对于特定的科学应用(如加速器 应用)而言，这些材料的强磁场性能可能还需要进一步提高。此外， 可在20K左右使用的MgB₂没有表现出良好的钉扎性能。

可以通过添加杂质、柱状缺陷、人工钉扎和纳米颗粒，机械合金 化，引入晶界和沉淀以及施加辐射损伤来提高超导材料的钉扎性能(参 见W.Buckel和R.Kleiner，“Superconductivity”，Wiley-VCH，Weinheim (2004)，第282页)。改变样品的制备条件也会诱导无序结构，从而使 强磁场性能得到提高。基本上，这些方法都会将磁通钉扎中心引入到 超导体中，而不会显著降低临界温度T_c。一般来说，大部分进展是通 过试误法、靠经验而取得的，这是因为尚不存在可靠的关于由无序结 构引起的涡旋钉扎的微观理论(参见W.Buckel和R.Kleiner， “Superconductivity”，Wiley-VCH，Weinheim(2004)，第284页)。

从物理学的观点来看，上述的钉扎中心基本上产生电位波动，从 而导致电子密度波动。由于电子-声子相互作用，超导性能所产生的力 有利于对电子密度进行校正(参见Mi-Ae Park和Yong-Jihn Kim，“Weak  localization effect in superconductors from radiation damage”，Phys.Rev. B61，14733(2000))；在II型超导体的强磁场中，这些钉扎位点可能有 利于磁通穿透，从而局部破坏超导性，但容许整体具有超导性。简言 之，这些已知的技术采用电位波动(即，电性能)而在超导体中产生 钉扎中心。然而，这些钉扎中心附近的超导性能受到破坏，这是由于 在磁通穿透的存在下整体能量最小化，而不是由于局部电位波动造成 的。换言之，这些电位波动还没有强到足以破坏局部超导性的程度， 因此其可能不是最理想的钉扎中心。