临界温度（Tc）：这是超导材料的 “门槛温度”，只有当温度低于 Tc 时，材料才会失去电阻。低温超导材料的 Tc 通常较低，例如常用的铌钛（NbTi）合金 Tc 约为 9.2K（约 - 263.95℃），铌三锡（Nb₃Sn）合金 Tc 约为 18.3K（约 - 254.85℃），需依赖液氦（沸点 4.2K）或制冷机维持低温环境；

临界磁场（Hc）：当外界磁场强度超过 Hc 时，超导状态会被破坏，材料恢复正常电阻。低温超导材料的 Hc 普遍较高，如 NbTi 合金在 4.2K 时的 Hc 可达 15 特斯拉（地球磁场约为 0.00005 特斯拉），这也是其能制造强磁场设备的关键。

零电阻效应：电流通过超导材料时无任何热损耗，例如用超导导线绕制的线圈，通入电流后可在无外接电源的情况下长期维持电流流动（称为 “持久电流”）；

迈斯纳效应：超导材料会完全排斥外界磁场，使磁场无法穿透材料内部，从而实现 “磁悬浮”—— 这也是超导磁悬浮列车的核心原理。

超导材料与器件：这是设备的 “心脏”，根据用途不同分为超导导线、超导线圈、超导量子干涉器件（SQUID）等。例如，超导导线多采用 “铜基复合结构”—— 将 NbTi 或 Nb₃Sn 超导细丝（直径仅几微米）嵌入铜基体中，铜既起到支撑作用，又能在超导状态被破坏时 “分流” 电流，避免设备损坏；

低温制冷系统：这是维持超导状态的 “保障”，分为 “液氦制冷” 和 “制冷机制冷” 两类。液氦制冷通过直接浸泡或循环液氦为超导器件降温，制冷效率高，但液氦成本昂贵（约 200 元 / 升）且资源稀缺；近年来，“脉冲管制冷机”“斯特林制冷机” 等干式制冷技术逐渐成熟，可直接将温度降至 4K 以下，无需依赖液氦，大幅降低了设备的运行成本；

测控与保护系统：超导状态对环境极为敏感，微小的温度波动或电流过载都可能导致 “失超”（超导状态破坏），因此需实时监测温度、磁场、电流等参数。当监测到异常时，保护系统会迅速切断电流或启动 “失超保护电阻”，避免设备因瞬间产生的大量热量烧毁。

超导 MRI 设备：传统 MRI 设备多采用常导线圈，磁场强度通常为 0.5-1.5 特斯拉，而超导 MRI 的磁场强度可达 3.0-7.0 特斯拉，更高的磁场意味着更清晰的影像分辨率 —— 例如，3.0T 超导 MRI 可清晰显示大脑神经元的细微结构，帮助医生更早发现阿尔茨海默病等神经疾病；同时，超导线圈无电阻损耗，设备运行时的能耗仅为常导 MRI 的 1/3，每年可节省数万元电费；

超导质子重离子治疗设备：质子和重离子射线在进入人体后，会在特定深度释放大量能量（称为 “布拉格峰”），可精准杀死肿瘤细胞而不损伤周围正常组织。要加速质子重离子至治疗所需的能量（通常为 200-400MeV），需要强磁场约束粒子轨迹 —— 超导磁体可提供高达 5-10 特斯拉的磁场，相比传统电磁铁，体积缩小 50% 以上，能量损耗降低 90%，让质子治疗设备从 “万吨级” 缩小至 “千吨级”，更易在医院部署。

超导输电电缆：传统高压输电线路的损耗率约为 5%-8%，我国每年因输电损耗浪费的电能超过 1000 亿千瓦时（相当于三峡电站半年的发电量）。而超导输电电缆采用液氮或液氦冷却的超导导线，输电损耗几乎为零，且输电容量是同等截面传统电缆的 3-5 倍。例如，上海临港已建成国内首条 10 千伏高温超导输电示范工程（注：高温超导需液氮冷却，低温超导需液氦，此处为补充说明），而低温超导电缆则更适合用于 “远距离大容量输电”，如连接跨区域的大型风电场、光伏电站；

超导磁约束核聚变：核聚变被视为 “终极清洁能源”，其原理是模拟太阳内部的反应，将氢的同位素（氘、氚）加热至数亿摄氏度，使其聚变为氦并释放巨大能量。要约束高温等离子体，需要极强的磁场 —— 低温超导磁体是目前的最优选择。国际热核聚变实验堆（ITER，俗称 “人造太阳”）项目中，就采用了超过 1000 吨的 Nb₃Sn 超导材料，绕制的磁体可产生 11 特斯拉的强磁场，将等离子体约束在环形真空室中，为实现可控核聚变提供关键支撑。

超导磁悬浮列车：利用迈斯纳效应，超导列车可悬浮在轨道上方（悬浮高度约 10-15 毫米），消除轮轨摩擦，最高时速可达 600 公里以上，且运行噪音极低。日本的 “L0 系” 超导磁悬浮列车已完成时速 603 公里的试验，我国成都也在研发基于低温超导技术的磁悬浮列车，未来有望成为城际交通的 “新选择”；

超导量子干涉器件（SQUID）：这是目前世界上最灵敏的磁传感器，可检测到 10⁻¹⁵特斯拉的微弱磁场（相当于地球磁场的 2×10⁻¹¹ 倍），广泛应用于地质勘探（检测地下矿产资源的微弱磁场变化）、生物磁测量（如脑磁图、心磁图，可无创监测大脑和心脏的磁场活动）、量子计算（作为量子比特的核心组件）等领域。

成本居高不下：低温超导材料的制备工艺复杂，例如 Nb₃Sn 超导导线需要经过 “热处理”“拉丝” 等多道工序，成本约为 1000 元 / 米，是传统铜导线的 100 倍以上；此外，液氦制冷的运行成本高昂，一套中型超导设备每年的液氦消耗成本可达数十万元；

可靠性有待提升：低温超导设备对环境极为敏感，振动、电磁干扰、冷却系统故障都可能导致失超。例如，超导 MRI 设备若发生失超，不仅维修成本高达数百万元，还会导致医院诊断业务中断；

材料性能瓶颈：现有低温超导材料的 Tc 较低，必须依赖 4K 以下的极低温环境，限制了设备的应用场景（如无法在高温高湿的户外长期运行）；同时，超导材料的 “载流能力”（单位面积可承载的电流）仍需提升，以满足大型设备（如核聚变装置）的需求。

制冷技术升级：“无液氦制冷” 将成为主流，新一代脉冲管制冷机的制冷功率已提升至 10 瓦以上（4K 温度下），可满足大型超导设备的降温需求，且运行成本仅为液氦制冷的 1/10；此外，“混合制冷技术”—— 将液氮预冷与制冷机深度降温结合，可进一步降低能耗；

材料与工艺创新：一方面，研发 “高性能超导材料”，如通过掺杂、调控微观结构提升 Nb₃Sn 的载流能力；另一方面，简化制备工艺，例如采用 “涂层导体” 技术，将超导薄膜直接沉积在金属基带表面，大幅降低导线的生产成本；

设备小型化与集成化：针对医疗、科研等场景的需求，开发 “小型化超导设备”，如便携式超导 MRI（重量从数吨降至数百公斤）、微型 SQUID 磁传感器（体积缩小至芯片级），让超导技术从 “大型实验室” 走进 “基层医院”“工业生产线”。