
众所周知,地球上一切的资料都有电阻,它能够约束经过的电流,使物体发热。人们运用电阻发明晰许多东西,给日子带来便利,但在有些情况下电阻被视为“费事”,不受欢迎。比方,电能是当今国际最快捷、运用最广泛的能量,可是它在运送中不断被电阻“截流”,损耗很大:电脑等一些比较“娇贵”的电器由于需求散热,不得不把一些关键部位露出给无孔不入的尘埃。人们一向期望找到无电阻或电阻很小的资料。
1911年,荷兰科学家昂内斯在一次低温研讨的试验中,用液氦冷却水银,当温度下降到4.2K(—269℃)左右时,他遽然吃惊地发现水银的电阻完全消失,呈现了所谓的零电阻。开端他认为试验自身出了问题,但经重复查看承认无误后,他振奋极了。这是人类初次发现超导现象,它意味着人们的日子将会有极大的改动,一门新式的物理学分支科学——超导物理学也由此诞生。1913年昂内斯又发现锡在3.7K以下、铅在7.2K以下均具有超导性。至今,人们已发现几千种物质在极低的温度下具有超导电性;能使某种物质具有超导电性的温度,被称为该物质的“超导临界温度”。
1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,假如把超导体放在磁场中冷却,在其电阻消失的一起,磁感应线会从超导体中排出,不能经过超导体,这种现象被称为抗磁性。超导性和抗磁性是超导体的两个重要特性。经过科学家们数十年的尽力,超导资料的磁电妨碍已被跨过,现在面对的最大难题是怎么进步超导临界温度。
为了更好的进步超导临界温度,然后让超导走出试验室,科学家们一向煞费苦心。1973年,美国科学家发现了超导合金——铌锗合金,其超导临界温度为23.2K(OK=-273℃):1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司研讨中心发现了一种氧化物(镧—钡—铜—氧)具有35K的“高温”超导性:1985年,美国贝尔试验室把研讨的氧化物超导资料的临界温度进步到40K,然后打破了液氢的温度壁垒;1987年2月,美国华裔科学家朱经武和我国科学家赵忠贤相继在钇—钡—铜—氧系资料上把超导临界温度进步到90K以上,液氮的禁区(77K)也奇迹般地被打破:1987年末,科学家又将超导临界温度进步到了125K;到1994年已到达154K。现在,科学家们正致力于使超导临界温度到达干冰温度(240K)和室温(300K)。他们现已注意到运用氟、氮、碳部分替代氧,或在钇钡铜氧化物中加钪、锶和某些金属元素,这样就有或许制出室温超导体。科学家们信心十足地表明:实际间隔愿望己不悠远。
超导资料终究有何妙用,值得人们花费这么大的力气?简略地讲,它一旦被大范围的运用,将会在国际掀起一场令人振奋的、全方位的技能革命。
首先是电力部门。没有电阻的资料太好了,用它输电不会损耗电力,用它做发电机能够做得很小,宣布的电流却很大。别的,超导资料在超导状态下除了有零电阻外,还有完全的抗磁性,所以只需耗费极小的电能,便可取得10万高斯以上的稳态强磁场。假如运用超导资料的这两个特性制成各种发电、输电、储能设备,节约能源和进步功率的远景反常诱人。比方沟通超导发电容量比惯例发电机高5~10倍,到达1万兆瓦,而体积却减小了二分之一,整机分量减轻了三分之一,发电功率可进步50%。还有一种高效能发电机叫磁流体发电机,是运用高温导电性气体(等离子体)作导体,以高速经过强磁场(磁场强度为5~5万高斯)而发电。它结构相对比较简略,高温导电性气体还可重复运用,来带动前面提及的沟通超导发电机。
但迄今为止,国际各国开发成功的大型超导发电机实际上都是“半超导发电机”。由于存在种种技能约束,这些发电机只是在电机转子磁场线圈上,才运用液态氦温度的直流低温超导线材。现在,国际上正在开发两种新式超导发电机:一是转子磁场线圈和定子电枢线圈均运用超导线材的全超导发电机;二是运用高温超导线材的高温超导发电机。
此外,用超导资料制造的、能把电能简直无损耗地运送给用户的超导电线和超导变压器也在研讨试验中。现在因运用惯例资料,大约有15%的电能损耗在输电线路上。仅在我国,每年的电力丢失达1000多亿度;由此,这项技能的重要性可见一斑。还有超导储能设备,它可省却其他储能技能所需的能量转化进程,把电能以磁能方式直接贮存在超导线圈中,具有贮能功率高(92%)、贮能密度大(4千万焦耳/立方米)、反响速度快(几十毫秒级)、制造不受地势约束及操控便利等长处,是一种高效的电网负荷调理设备。
一起,超导体对核聚变发电也将发生严重影响。咱们咱们都知道,核聚变会发生巨大的能量;但是,要在地上完成能受控的核聚变热核反响,现在还有不少困难。难题之一,便是需求将反响时温度达1~2亿度的等离子体用强壮的磁场包围起来。人们虽已为此规划出了磁封闭式的核聚变反响堆,但有必要选用超导强磁体才干将其变为实际。一些科学家指出,假如核聚变发电遍及,人类会有望完全脱节能源危机。
咱们咱们能够幻想未来的电力供应体系:由沟通超导发电机、超导磁流体发电机和超导磁场操控的核聚变发电设备宣布巨大电能:经过超导输电线、超导变电站组成的输电体系,把电流连绵不断送到所需求的当地。不管大都市、大乡镇甚至最偏远的村庄,不管工业、商业、运输业仍是文娱范畴,不再为电烦恼;国际由于有了满足的电,愈加多姿多彩、充满活力。
除了上述的强电运用外,超导资料的弱电运用和抗磁性运用也极广泛。用超导资料制造的量子干与器材,能测量到10~18伏特的电压差和10~18安培的电流,它是磁脑照相仪必不可少的电子器材。高速计算机一般要求集成电路芯片的元件和连接线密布摆放,但密布摆放的电路在作业时会散宣布很多的热。用超导资料制造的超导计算机中的超大规模集成电路,其元件间的互连线是挨近零电阻的超微发热的超导器材,不存在散热问题;一起计算机的运算速度也将大人进步,为现在一般大型计算机速度的100倍到1000倍。总归,由于有了奇特的超导,国际正日益变得美妙。












