超导体的今天和明天.doc

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1、超导材料的昨天、今天和明天我们知道，常温下任何材质的一段导线都有电阻。温度越高，电阻越大。那么当温度变得越来越低时，导线的电阻会如何变化呢？奇迹就这样发生了。1911年的某一天，荷兰莱根大学的昂尼斯教授正在专心致志地研究汞在低温下的导电性能。当温度降到零下40℃时，液体汞凝固成一条水银线。温度继续降低，但电阻不象预计时慢慢减小，而是在接近绝对温度（零下273.15℃）时，即在零下269.03℃时，电阻突然消失了（电阻为零的温度叫做超导临界温度）。这意味着，如果用这种材料来作输电线，那么在输电过程中将不

2、会有任何的能量损耗。22年后，德国的物理学家迈斯纳和奥森费尔德又发现了超导体的另一个基本特性——完全抗磁性。将一个超导体管置于磁场中，超导体内部的磁场强度竟然为零。即超导体“不允许”外磁场穿过，也就是说超导材料具有完全的抗磁性。5超导材料的两大特性，对人类有重大意义。但是，如此低的温度只能在液氦中实现，这就极大地限制了它的应用。那么，在较高温下能不能找到超导材料呢？科学家为此进行了不懈的努力。l986年，设在美国IBM公司的一个研究机构的科学家缪勒和贝德诺研制成功了一种钡、斓、铜系金属氧化物的超导体，

3、实验测定其超导临界温度为零下238.15℃，将临界温度提高了近12度。这一消息被评为当年的世界十大科学新闻之一，震惊了整个世界。这两位科学家也由此成果获得了当年的诺贝尔奖。中国在这一方面的成就是举世瞩目的。在1986年12月，中国科学院赵忠贤研究组获得了临界温度为零下224.55℃的锶、铜、铜氧化物。1987年3月，中国科学院公布了临界温度为零下238.15℃的8种钡、钇、铜氧化物系列；1988年中国科学院又发现了临界温度为零下180.15℃的钛、钨、铜氧化物。超导体目前已在多个方面得到应用。我们知道

4、，在大的电磁铁或电机中，通过线圈的电流很强，为了避免产生过多的热量，线圈就必须用较5粗的导线或采取冷却措施。用超导体做线圈，问题就可迎刃而解；超导体电缆损耗极小，节约了能量，保护环境并节约了大量电能；在交通方面，磁悬浮列车的出现有划时代的意义。其原理是在每节车厢的底部都安装了超导线圈，利用其零电阻的特性，线圈中通以电流，产生强大的感应磁场，在列车行进的路面上有许多闭合矩形组成的铝轨。当列车开动后，超导磁体相对于铝环运动，相当于铝环在不停地切割磁力线，因而铝环中感应出一股强大电流，并形成了与超导磁体磁场

5、方向相反的强磁场，两个磁场相互排斥，使列车受到铝轨的托力而离开了地面。由于大大减少了阻力，列车时速可高达500公里......超导船也是同样的原理。今后，在电力领域，利用超导线圈可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机可提高5～10倍，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％；5超导材料制作超导电线和超导变压器，能把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前用铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗

6、在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即高达2000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型电站；高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用超导体来制造晶体管，可以大大提高其技术性能；核聚变反应时，内部温度高达1亿～2亿摄氏度，没有任何常规材料可以包

7、容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景最为广阔的新能源。现在，超导材料5的临界温度还是太低，从而影响其大规模的应用。如果有一天能研制出常温超导材料，那么人类的许多梦想将变成活生生的现实。我们期盼着这一天的到来！（11）刘朴　　　　　，　　5