1789年，一个设想出自法国化学家拉瓦锡天才的大脑：“假如地球被送进某个极为寒冷的区域…”。这个设想激励着科学界不断探索实现气体液化的各种方法，至1908年7月，荷兰的昂内斯成功完成了世界上液化难度最大的氦气液化，世界上所有的气体都可被液化了，拉瓦锡的设想终于成为了现实。
昂内斯于1911年发现了神奇的超导电性，但直至1957年，美国的巴丁、库珀和施里弗创立的BCS理论才从微观上较完美地解释了超导现象。
超导电性所需的液氦低温条件成本非常高，这使它的应用受到很大制约。科学界努力寻找着具有更高临界温度的超导材料，有个“麦克米兰极限”让相关的研究陷入了困境。谁也没料到，20世纪80年代突然掀起了一个研究热潮，由此产生了一场旷世罕见的激烈竞争，中国科学家克服重重困难做出了重要贡献。
高潮之后相关研究再次陷入低谷，直到一个意外的发现引发了新的热潮，这次却将中国物理学家推到了最前沿！
超导的源头是那个出自天才大脑的设想，超导电性发现于1911年，它具有的优异特性展示了诱人的应用前景，但真正得到应用走过了漫长的探索之路。随着高温超导材料研究的进展，超导电性的应用将会越来越广泛。
1911年发现当温度降到4.2 K时汞的电阻会突然一下变成零，后来又发现锡、铅等金属在其超导临界温度条件下也会发生电阻突然消失的现象，这种金属的零电阻特性就是昂内斯发现的“超导电性”。利用零电阻特性研制超导电磁体可太吸引人了，昂内斯的设想是：用超导材料绕制线圈，因电阻为零，电流通过线圈时不会产生任何热量，这样就可在不消耗能量的情况下获得强磁场。当时，莱顿大学低温技术部制作出两个超导螺线管，昂内斯认为其磁感应强度应远远超过传统导体所能达到的极限，但实验中发现了新的现象：当超导螺线高斯(G)时超导体会失去超导电性而恢复到正常状态，因这个问题得不到解决，昂内斯的设想没能很快实现。
用超导铌线线圈制成功一个小型超导磁体，在4.2 K温度下获得0.7 T(特斯拉)磁感应强度，这被认为是世界上第一个成功的超导磁体。
用铌丝绕制的超导线年，奥特勒用铌丝绕制的超导螺线.8 T磁场。而美国贝尔实验室
用钼铼合金(Mo- Re)绕制的超导线 T磁场强，之后他又发现用铌三锡(Nb3Sn)制作超导线 T磁场。超导技术的应用这才拉开序幕。
世界上有多个研究团队开展了寻找超导线材材料及进行理论分析的研究，陆续研制出一批在电流大、磁场强状态下还能保持超导特性的材料。铌钛(Nb-Ti)的应用比较广泛，由于铌钛延展性好、强度高、易加工、造价相对低，一般适用于制作场强低于9 ~ 10 T的超导磁体。铌锡(Nb-Sn)线材的脆性大、加工难度大但超导性能好，适用于制作场强 ~ 20 T的超导磁体。超导线材开始商业生产后超导技术的应用才线年代，高超导临界温度材料的研究有了重要突破，超导材料的超导临界温度成功超越液氮温区(液氮沸点为77 K)，意味着超导技术应用的成本可极大地降低，超导技术的应用就此开始了新的篇章。
2008年发现铁基超导体后，中国科学家在铁基高温超导体基础研究及材料制备方面均处于世界前列。2016年9月，中国研究团队以具有自主知识产权的技术研制出世界上首根百米量级的铁基超导长线(突破了美、日、欧等国家铁基超导线制备的米级水平)，为铁基超导材料制备由实验室走向产业化作出了重要贡献。
超导技术在前沿科学研究、交通运输、医疗、新能源、输电、生物工程、电子计算机、微电子、通讯、工业加工、航空航天、军事装备等领域的应用发展前景广阔，对人类社会发展的影响深刻而久远，以下介绍的仅是部分应用成果。
粒子物理研究旨在揭开物质起源、生命起源的奥秘，其最基本的工具就是粒子加速器、粒子探测器等大型精密设备。
高能粒子加速器是超导技术的重要应用领域。20世纪70年代，国际上建造的一些大型粒子加速器、粒子探测器大规模采用超导技术，对超导技术的发展起了极大的推动作用，超导技术的应用也随之越来越广泛。
超导磁体的首次大规模使用是在美国费米国家实验室的对撞机Tevatron(质子-反质子对撞)上。超导磁铁能比常规磁铁产生更强的磁场，可将粒子加速到更高能量，1978年开始建造的Tevatron，加速器环周长6.28千米，环上共安装了774个长6.3米的超导二极磁体(中心场强4.5 T)、216个超导四极磁体，超导磁体的线圈用铌钛线圈(当时投入了世界上最大量铌钛材料的生产份额)。Tevatron于1985年正式投入运行，它的建设大大推动了超导线材的商业化生产，也为后来超导磁体在医疗磁共振成像(MRI)等方面的应用打下了扎实基础。
德国电子同步加速器中心(DESY)1984年开始建造对撞机(HERA)(质子-电子对撞)，其质子环二极及四极磁体全部采用超导线千米的质子环上共安装了422个9米长的超导二极磁铁(中心场强5.3 T)以及224个超导四极磁铁(直径50毫米束流内磁场强度梯度90.18 T/米)，质子环能量0.82 TeV｡HERA于1990年建成。
德国HERA加速器隧道内采用超导磁体的质子加速环(米色) (图片来自网络)
1991年，美国在得克萨斯州开始建造超导超级对撞机(SSC)(质子-质子对撞)，设计能量为20×20 TeV。SSC由直线加速器､低能增强器､中能增强器､高能增强器以及对撞机(环周长87千米)组成，其中高能增强器和对撞机采用超导磁体，计划共安装8460个长15米的超导二极磁铁(中心场强6.6 T)以及1664个超导四极磁铁。这个当时世界上最大的科学工程于1993年10月被美国国会参众两院联席会议以耗资过大的理由(预计将大大超出82亿美元的预算)表决决定中止。其最关键的部件之一——超导二极磁铁的设计、制造技术转让给了美国通用动力公司和西屋电器公司，已具备了进行工业化制造的能力。
除了超导磁体之外，提高粒子加速器的能量也受益于超导高频腔技术。欧洲核子研究中心(CERN)1983年开始建造的大型正负电子对撞机(LEP)由多级加速器串接而成。周长27千米的主环上有488个36米长的二极磁体、776个四极磁体、数千个其他类型磁体，以及128个常规高频腔。LEP于1989年8月13日实现对撞，正负电子能量分别为50 GeV。在LEP的二期工程(LEP2)中用256个超导高频腔逐步换下了原有的常规高频腔，将正负电子的能量分别提高至100 GeV，总对撞能量达到200 GeV。
2001年，CERN拆除LEP原有设备，利用周长27千米的老隧道建造大型强子对撞机LHC(质子-质子对撞，能量7.7×7.7 TeV)。与美国SSC几乎同时开始预研的LHC因SSC停建而跃为世界最大的对撞机(实际上LHC的规模等级仅为SSC的1/3左右)。不应用超导技术不可能实现如此高的粒子能量，LHC共安装超导二极磁铁1250个(中心场强8.3 T)、超导四极磁铁400个(磁场梯度223 T/米)，还有数千个其他类型的磁体。
关于LHC之后下一代更高能量对撞机的建设方案，中国于2012年首先提出了环形正负电子对撞机(CEPC)计划，2013年启动项目预研后按计划陆续完成了项目的《初步概念设计报告》(2015年)与《概念设计报告》(2018年)，通过了严格的国际评审，相关关键技术的预研进展顺利。CERN讨论未来环形对撞机(FCC)计划稍晚一些(约2013年开始)，2019年初公布了《概念设计报告》。FCC方案其实与CEPC方案大同小异：周长均为100公里，采用的技术路线基本相同(一期工程先建电子对撞机，10年后的二期工程再建质子对撞机)。下一代对撞机的建设关联到多项超导技术的难点亟待攻克，其中决定着对撞机能否达到设计的最高能量的最核心设备是高场强的超导二极磁体以及高性能的超导腔，为此，CEPC、FCC均开展了多项超导技术的前沿性研究。
在CEPC预研项目支持下，2017年5月，650 MHz单cell实验超导腔垂直测试(CEPC主环将采用336个650 MHz 2-cell超导腔)，测试指标接近CEPC要求。2019年6月，1.3 GHz单cell实验超导腔研制取得重大突破，性能与国际先进水平持平。2020年6月，650 MHz 2-cell实验超导腔成功完成掺氮后的垂直测试，测试指标达到国际领先水平。2020年7月，两个带端腔组件的1.3 GHz 9-cell细晶粒超导腔测试获得了国内最好结果，指标与国际前沿水平接轨。
为CEPC研制的双孔径超导二极实验磁体完全采用了自主技术路线月在性能测试实验中获得突破性进展，双孔径内实现超过12 T场强(是目前国际上唯一采用不同超导材料组合线 T磁场强度的二极磁体)。
美国费米国家实验室为FCC研制的单孔径超导二极演示磁体，在2020年6月的性能测试实验中峰值场强达到14.5 T(其目标是要超过15 T达到17 T甚至更高)(目前加速器超导磁体的最高场强记录为CERN研制的无孔径二极实验磁体于2015年达到的16.2 T峰值场强)。
CERN研制的无孔径二极实验磁体(峰值场强16.2 T)(图片来自网络)
美国费米国家实验室为FCC研制的单孔径超导二极演示磁体(图片来自网络)
超导磁体还广泛应用于粒子探测器。粒子探测器要记录各类粒子的多种信息，包括粒子径迹、衰变产物、飞行时间、粒子动量、能量、质量等等，配置超导磁体是提高探测器分辨率的最好选择。20世纪60年代末，美国阿贡国家实验室就为气泡室(记录高能粒子或核反应生成的基本粒子轨迹的探测器)配置了超导磁体(中心场强1.8 T)，达到了实验所需的磁场强度。20世纪70年代，美国费米国家实验室为气泡室(直径4.572米)配置了超导磁体。1973年CERN为大欧洲气泡室(BEBC)(直径3.7米、高4米)配备了当时世界上最大的超导磁体(中心场强3.5 T)。
20世纪80年代后建造的大型粒子探测器普遍采用了超导磁体，如：CERN的大型正负电子对撞机LEP上ALEPH探测器配置的超导磁体长6.4米，直径5.3米，磁场强度1.5 T。LHC上的CMS探测器配置的超导磁体长13米，直径5.9米，磁场强度4 T。LHC上另一个大型探测器ATLAS配置了当时世界上规模最大的超导磁体，由8个超导线吨。
核磁共振成像技术(MRI)可以给出人体被检查部位各体层的高分辨率图像，清晰地显示X射线成像或超声无法看到的软组织特征，适用于识别早期肿瘤、炎症、心血管等疾病的诊断且对人体没有损伤和辐射作用，因此在医学临床诊断中得到广泛使用。
核磁共振成像装置需要较大空间内的高均匀度、高稳定性磁场，很明显，超导磁体要比常规磁体具有优势(超导线圈产生的磁场强度可达常规线圈的数倍)。核磁共振成像设备所采用的超导技术得益于20世纪70年代美国费米国家实验室建造Tevatron粒子加速器时超导磁体技术上的突破与普及。
牛津仪器公司(Oxford Instruments)设立的纪念牌：1980年在这栋建筑里制造了第一台用于核磁共振成像(MRI)扫描的商用超导磁体(图片来自网络)
世界上首个超导核磁共振成像系统(图片来自Oxford Instruments)
德国、法国等研究机构合作研制的用于人体核磁共振成像的高场强超导磁体于2019年7月18日完成了11.7 T的成功励磁，这表明利用该项技术探索人体奥秘的能力达到了新的高度(图片来自网络)
超导技术在电力方面的应用有着重要意义。常规电力输运的每个步骤都会因存在的电阻造成部分电能转成热量而白白浪费(损耗为10 ~ 20 %)，而应用超导技术的输电设备损耗几乎为零，这将大大提高输电效率，带来巨大经济效益。而应用超导技术来制造发电机、电动机、变压器、同步电容器等设备重量轻、体积小、造价低，整个系统将更高效、可靠、环保。
近二十多年来，高温超导材料研究的快速发展使其在电力方面的应用迅速进入了电力设备原型建造及示范项目纳入电网的评估阶段。高温超导电缆的应用有重大进展，美国首先在商用电网中安装高温超导输电电缆系统，2008年4月在纽约州开始运行，所发送的574兆瓦电力可为30万户家庭供电。另有多家美国公司陆续安装了示范性高温超导输电电缆项目(或进行了可行性评估)。德国、韩国、日本以及中国的高温超导输电电缆的入网项目也都在进行中。
2011年4月，中国研制的世界首座超导变电站在甘肃省白银市正式并入电网示范运行。这是目前世界上唯一的配电级全超导变电站，近70项核心、关键技术拥有完全自主知识产权。2020年10月，中国第一条公里级别的35千伏液氮超导输电线在上海投入商用，核心技术国产化率为100%，实现了线月，中国首条自主研制的新型10千伏三相同轴(比其他构型超导电缆节省近一半超导带材)高温交流超导电缆在深圳投入使用，这是全球首个应用于超大型城市中心区的超导电缆(直径17.5厘米、长400米，输电容量43兆伏安)，标志着中国已全面掌握新型超导电缆设计、制造、建设的关键核心技术。
超导磁体在核聚变装置中的应用始于20世纪70年代末。受控核聚变新能源研究具有重要的战略意义，核聚变实验装置在发生热核反应时，内部温度高达1 ~ 2亿摄氏度，常规材料无法约束这些高温高速粒子，用“磁约束”方法封闭及约束这些超高温等离子体避免与容器壁接触具有较大的优势，国际上这类可控核聚变研究装置称为托卡马克装置(Tokamak)。磁场越强约束能力就越强，而超导体产生的强磁场正可以大展身手，为解决能源危机发挥重大作用。
世界上现有4个国家建有大型超导托卡马克装置：法国卡达拉舍核中心的Tore-Supra、俄罗斯库尔恰托夫原子能研究所的T-15、日本的JT-60U，以及中国的EAST。(注：核聚变研究领域其他类型的实验装置，如仿星器(Stellarator)、磁镜(Mirrormachines)以及悬浮等离子体等实验装置(LDX)均需要采用超导磁体。)
正在法国卡达拉舍建设的世界上最大的实验性国际热核聚变实验反应堆(ITER)，计划于2025年建成。参与国有欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度。ITER项目旨在基于全世界聚变研究的经验来验证人类大规模使用核聚变能解决能源问题的这种技术路线是否可行，影响极为深远。ITER是迄今为止最大、最复杂的托卡马克装置，利用由氘、氚组成的上亿度高温等离子体聚变产生50万千瓦的功率，超导磁体在ITER项目中起关键作用，只有大型超导磁体才能产生ITER所需的高强磁场，对高温等离子体进行约束，使其避免与容器壁接触。
超导技术使新一代的交通运输有了革命性的变化，包括磁悬浮列车、铁路牵引变压器、船舶推进系统、新型飞机发动机等等。
基于超导体的抗磁特性，利用超导磁体的磁悬浮效应可使列车悬浮在导轨或轨道上方(铁轨与车轮间的摩擦力完全消除)，时速能超过500公里而所需牵引力非常小，磁悬浮列车行车平稳、安全舒适、不会污染环境。
日本从20世纪70年代起研制超导磁悬浮列车。实验列车“ML500”采用了超导线性同步电机驱动磁悬浮以及非接触导向系统，1978年试验线公里｡实验列车“MLU-001”1987年载人测试时速达400公里，“MLU-002”1987年开始试运行。实验列车“JR-Maglev MLX-01”2003年12月最高时速达581公里，2015年4月以时速603公里刷新了超导磁悬浮列车(载人/编组车厢)时速的记录。在磁悬浮列车上应用高温超导线圈的研究正在进行，这意味着更低的冷却成本和更高的稳定性。
日本超导磁悬浮实验列车JR-Maglev MLX-01(图片来自网络)
中国首个磁悬浮列车采用的是德国的常导技术(需要通电产生磁力)。上海磁悬浮列车专线年投入商业运营(最高时速可达430公里，2020年起运营时速调整为300公里)。此后，长沙、北京相继也开通了磁悬浮列车专线，但这些并不是采用超导技术的磁悬浮列车。
在世界各国将磁悬浮列车推向更高速的竞争中，中国围绕核心关键技术开展了自主创新的研究。2021年1月13日，由西南交通大学研发的高速磁悬浮工程样车正式下线，这标志着中国高温超导高速磁浮的工程化研究实现了从无到有的突破。这是世界上首个采用高温超导技术的1 : 1磁悬浮工程样车(长21米，悬浮高度10-20毫米，每米悬浮能力2吨，每米最大承载能力3吨)，超导体采用液氮冷却，设计时速为620公里。工程第二阶段将结合真空管道技术，为远期达到时速1000公里的目标打下基础。
在船舶推进系统中应用超导技术也是科学界研究的重要目标之一。20世纪初期，随着大型电动机和发电机的发明，开始研制船舶的电力推进系统。20世纪30年代，美国首先在冰区船舶上应用电力推进装置，然后推广至应用于军队的舰船。第二次世界大战后，因船舶的机械推进技术发展很快并具有较大经济优势，出现了取代电力推进而占据主导地位的趋势。至20世纪80年代，船舶电力推进技术发展较快，大型军用舰艇以及豪华邮轮上又开始应用更具优势的电力推进方式。20世纪90年代后更多新技术的突破使电力推进在大型邮轮、破冰船、海洋石油平台以及军用舰船的应用方面占据了主导地位。
而超导技术近年来的迅猛发展使科学界认识到：超导技术应用于船舶的动力装置大有优势，最有潜力的是超导电力推进及超导电磁推进这两类。超导电力推进系统(包括超导发电机、超导电动机等)可产生比常规电力推进系统更大的推力且节省能源。超导电磁推进系统的原理是：超导磁体产生的强大磁通与通过海水的电流相互作用产生电磁力将海水推向船后方，所得反作用力驱动船舶高速前进。超导技术应用于船舶动力装置意味着船舶可有更高航速、更低消耗、更长航程、更机动灵活，相关技术一旦有所突破将会给船舶动力带来极为深刻的变化，世界上不少国家在这方面投入了较强的研究力量。
美国在20世纪80年代初进行了300千瓦超导电磁推进船的海上试验，并研制出2250千瓦的试验样机。日本研制的世界上第一艘超导电磁推进实验船“大和”1号(长30米，宽10米，吃水1.5米，重185吨，时速~ 15公里)于1992年1月试航成功。20世纪90年代末，中国开始研制“洛神”号超导磁流体潜艇，历经十多年努力于2008年成功通过测试(该潜艇磁场强度15 T，艇长85米，重4500吨，速度20-30节，最大潜深800-1000米)。由于“洛神”号采用了独特的推进原理，在动力性能方面具有很大潜力，该项技术还处于研制阶段。目前，国际上超导磁流体潜艇技术处于领先地位的是美国与德国。
将超导技术应用于航空动力系统被公认为是突破现有航空动力系统技术瓶颈的重要途径之一。俄罗斯集中技术与投资优势发展超导混合动力飞机，期望获得世界上的“首个突破”。在研制出500千瓦动力的高温超导航空电动机(新型混合动力系统的组成部分)并完成地面测试后，该机安装在雅克-40试验机上于2021年2月进行了飞行试验。
应用超导技术制作的电子器件具有体积小、重量轻、损耗低、功率高、灵敏度高的独特优势，相关技术已涉及到各类探测器、传感器、滤波器、磁强针、重力仪、成像仪、微波器件、数字信号处理器、超导计算机制造等，无论是军用还是民用均具有重大应用价值。例如：
超导量子干涉仪可测出极微弱的电磁波，不但能探测出埋在地下深处的矿物，也能测出人体的心脏磁图、人的脑感应磁图以及人脑的高级神经活动。超导磁强计可根据探测到的微弱磁异常数据精确判定潜艇、舰船、坦克等物体的位置。
高温超导滤波器以其低噪声、低损耗、高灵敏度、强抗干扰、低故障率等优异性能在无线通信、气象雷达、射电天文、空间技术等领域得到了广泛应用。
超导计算机更是计算机发展的希望所在，用超导芯片代替普通芯片制成超导计算机，具有体积小、功耗低、精度高、灵敏度高、稳定性强等独特优势，运算速度每秒可达几十亿次。世界上有多个国家投入巨资，应用超导技术研制全新一代的超级计算机。
超导的源头是230多年前那个出自天才大脑的设想，超导电性是1911年发现的，但当时并没有人预测到超导电性有今天的应用。超导电性它具有的优异性能展示了诱人的应用前景，但真正得到应用已经历了百余年的探索之路。随着高温超导材料研制的进展，超导电性的应用越来越广泛。
跌宕起伏多年，谁都没想到超导技术神奇地影响了整个世界，深度融入了人类的生活。未来，超导技术将给人类生活带来更大的变化，这个变化很可能大大超出人类现在的预期。
更可喜的是：近年来科学界在研究具有更高超导临界温度的超导材料方面取得了新的进展。如果最终超导技术能实现“室温化”，则意味着超导技术真正走向了实用，人类目前所面临的能源、环境、交通等等问题均将迎刃而解，只是实现这个目标还有很长的路要走。
(注：关于超导的故事分五个篇幅介绍完了，内容可能不够完整，回顾这段历史希望能带给我们一些启示！)
2、The Early Years of Superconductivity
3、Technological applications of superconductivity explained
4、Superconductivit y - Present and Future Applications
6、High-Temperature Superconductivity: History and Outlook
《太阳》一书作者贝丝·阿莱西是美国科普作家、平面艺术家，出版作品多部。
本书收录了两百多张来自美国国家航空航天局（NASA）的近地卫星、远地卫星、空间站以及从地球上观测的太阳图像。这些照片揭示了太阳前所未有的面貌，使我们不仅可以近距离观察到太阳爆炸、太空天气、太阳黑子、直径超过地球50倍的日冕洞等，还可以了解是什么为太阳提供燃料，以及太阳是如何加热、冷却和膨胀的。通过这些人类肉眼无法看到的太阳动态活动图像，我们来共同见证太阳的强大、美丽和辉煌。
