超导体正向我们走来 [复制链接]

第10版(科技)
专栏：科技前沿

　　超导体正向我们走来
卢怀谦
在这个追求速度和效益的时代，人们越来越对一种现象感到不可容忍——在电流的输送过程中，约有３０％消耗殆尽。这种物理学上被称为“电阻”的特性使用于发动电动机或照明的部分电功率转化为无用的热量。超导体是不存在这个问题的唯一一类材料：它们可以在没有任何电阻的情况下传送电流。
直至１９８６年，科学家们知道的超导体都只能在接近绝对温度（负２７３摄氏度）的低温下工作，因而不得不用昂贵的、难以操作的液态氦来冷却，高温超导体早期发现的步伐是飞快的，１９８６年８月，米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种铜氧化合物，它们在３５Ｋ的温度下电阻接近于０，一下子把超导温度提高了１２度；１９８６年１２月，米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种新型的陶瓷超导体（此前超导体都是金属），这种超导体把超导性的临界温度又提高到了３８Ｋ；１９８７年初，美籍华人科学家朱经武教授和他的学生吴茂琨发现了另外一种材料：钇—钡—铜—氧化物，使超导记录提高到了９３Ｋ。在这个温度区上，超导体可以用廉价而丰富的液氮来冷却，中国科学院物理研究所赵忠贤等几乎与此同时发现了这种新材料。当然，按照正常标准看，这个温度仍然很低，但是在超导世界，它是一个里程碑：它意味着物理学家可以用液氮而不是液氦使这种奇异的复合物冷却。不少物理学家对此津津乐道，液氮是现成的，容易处理，并且每夸脱的价格只有３０美分，比啤酒还要便宜。此后，科学家们不懈努力，在高压状态下把临界温度提高到了１６４Ｋ（负１０９摄氏度）。
现在发现的超导材料，许多都含有稀土元素，而中国是世界上稀土蕴藏量最丰富的国家，因此，中国人开发和利用高温超导，具有得天独厚的优势。
超导，意味着零电阻，也即是说，它使得电流在输送过程中几乎不受损耗。现代社会处处离不开电力的传输，即使采用５０万伏高压输电，每１００公里也要损失电能的１％到３％。改用超导导线输电，就可以完全避免这种损失。用高温超导体加工成的细带状电缆，其载流能力是家用铜丝的１２００倍。如果所有电机、变压器的线圈都改用超导电线，不仅可以节能，还可以大大缩小尺寸。利用电能有一个困难，就是电能难以存贮。而利用超导线圈可以通过强大电流产生磁场，在用电低谷时存储１００万度级的电能，留到用电高峰时使用。
利用超导体制造的超导磁悬浮列车，由于克服了车轮与轨道之间的摩擦阻力，能够达到每小时５００公里以上的速度。用超导体做成的超导船，不用螺旋桨，而是使用超导线圈形成的强大磁场，构成磁流体动力推动器，能使普通商船的时速达到１１５公里。超导列车和超导船将对飞机和高速公路形成新的挑战。
日本科学家预测，超导技术在能源、交通、医疗、机械等领域的应用技术将会在２００５—２０１０年实现。