势如长江出三峡——一九八七年世界“超导研究热” [复制链接]

第7版(国际)
专栏：年终专稿

势如长江出三峡
——一九八七年世界“超导研究热”
新华社记者　方辉盛　潘永明
1987年将以超导研究上的大飞跃在科技发展史上树立一块丰碑。在今年年初爆发的“超导研究热”的激烈竞争中，美国、中国和日本3国科学家率先研制成功液氮温区的超导材料，形成了自人类发现超导现象76年以来的一次大飞跃。
“超导研究热”大体分两个阶段。第一阶段从去年年底到今年4月，各国超导专家转入以金属氧化物为材料的研究，环绕高转变温度展开激烈的竞争。最后，以零电阻时的温度可靠地稳定在90K（零下183摄氏度）而告一段落。
酝酿于1986年的“超导研究热”，到今年4月，跨越了三大步。第一步是开辟道路。去年4月，美国商用机器公司设在瑞士苏黎世的实验室的两位科学家——联邦德国的柏诺兹和瑞士的缪勒宣布发现转变温度（电阻开始消失时的温度）为35K的镧、钡、铜氧化物超导材料，这一温度比1973年的纪录23.2K（铌三锗）提高了近12K。他们摆脱过去从金属和合金中寻找超导材料的传统方法，而从金属氧化物中找到突破口，为这次飞跃开辟了道路，从而获得了1987年诺贝尔物理学奖。
第二步是从去年底开始。12月23日，日本东京大学宣布获得转变温度为37.5K的超导材料。25日，美国贝尔实验室得到了转变温度为40K的超导材料。26日，中国科学院宣布发现了转变温度为48.6K的超导材料，并看到70K的超导迹象，这一成果打破了过去认为超导材料转变温度最高不超过40K的理论。日、美、中科学家的实验，证实了柏诺兹和缪勒的发现，引起各国科学家极大反响。
第三步，从今年初开始，超导转变温度日新月异不断刷新，形成百舸争流的竞争高潮。2月15日，美国宣布，美籍华裔科学家朱经武和吴茂昆获得了转变温度为98K的液氮温区的超导材料。24日，中国科学院物理研究所宣布在液氮温区获得转变温度为100K以上的超导材料，并首次公布了新超导材料的成分。3月9日，日本北海道大学工学部宣布，他们获得转变温度为175K的超导材料。接着，欧洲一些国家也赶上来了。实现超导的温度才稳稳地进入液氮温区，取得了阶段性的胜利。10月14日瑞典皇家科学院颁发诺贝尔奖的公告中说：“在1987年的头几个月中，美国、中国、日本和欧洲实现了90K以上的转变温度”。
世界科学界把在液氮温区实现超导，看作是一场飞跃和革命。过去70多年中，人类所知道的超导材料只有在超低温中才能转变为超导态。人们不得不用液氦作致冷剂，制造这种小气候。氦气原料稀少，液化技术复杂，成本昂贵，限制了超导的研究。氮气原料取之不尽、用之不竭，液氮制备容易，成本只相当于啤酒的价格。液氮作致冷剂可以大大加快超导体的研究和应用。
所以，有人把超导研究的进程形象地比作长江，以超导转变温度分区，液氦温区属于上游山区，液氮温区属于中下游平原。分界线在77.3K（零下195.85摄氏度），这是氮气的液化温度。几十年来，科学实验室里千万次试验中大部分是向高转变温度进军。过去花了75年的时间才把转变温度提高19K，离开77K大关还差50多K，而这次以氧化物作突破口，不仅超过77K，而且达到相当高的水平。可以说是闯过了三峡天险。
值得注意的是，在这场激烈的竞争中，日本、美国、苏联等许多国家还报告说，发现了室温超导现象。室温超导意味着，在普通的室内温度就可实现超导了。但是，目前看来，这种现象还不稳定，甚至不能肯定。
今年4月份之后，竞争转入第二阶段。在这个阶段中，研究重心转向基础理论的探索和应用技术的开发。
实验突入液氮温区，给超导理论带来一系列问题。原有的理论已经不够用了。今年各国科学家进行了新的探索，陆续提出了多种新理论，出现了百家争鸣的局面。
围绕超导材料的应用研究，竞争更加激烈。超导材料的应用，必须具备三个指标：一是临界温度，即最高转变温度是多少；二是临界磁场，即抗磁的最高点是多少；三是临界电流，即在一定截面的导线上能通过多大电流。目前最大的问题是电流量偏低，其次是新超导材料性脆，加工困难，但有些国家已在研究室里初步制出了若干薄膜和线材。
现在，许多科学家提出了预测。据乐观的估计，5年内，电子、通讯、航天、医疗等领域将出现许多应用超导技术的产品。10年内将出现廉价的超导输电线、超导储电装置、高效率的超导磁流体发电机和超导电动机、超导磁悬浮列车等。由于液氮温区超导实用化，受控热核聚变可能到本世纪末就可实现。
超导应用的前景是广阔和诱人的。据专家估计，超导电力输送可使电费开支节省15％以上。未来一条超导线路可以同时通1500万路电话。超导磁悬浮列车制成，时速为500公里，按京广线计算（2324公里），从北京到广州只要4小时39分钟。使用超导技术的电动汽车将代替现在的燃料汽车。使用超导电路有可能使计算机效率比现在快10至1000倍。未来宇宙飞船可用电磁推进。超导磁体用于粒子加速器可使它的巨额耗电量大大降低。无怪有人说，超导的应用将导致一场技术革命。但是，在迈入超导实际应用的过程中，还有大量艰巨的工作要做。为此，日本、美国、中国、联邦德国、英国、苏联、瑞士、印度等国竞相部署力量。特别是预测到未来极其广阔的超导市场，日本和美国之间的竞争最为激烈。中国在竞争中已经取得了值得自豪的、世界第一流的成绩。现在，中国科学家正在为作出新的贡献而奋斗。
如果说，现在超导研究已是“势如长江出三峡”，那末，“山随平野尽，江入大荒流”的前景已经遥遥在望了。
（注）K代表开氏温标。开氏温标是以绝对零度（零下273.15摄氏度）为起点计算温度。如零摄氏度等于273.15K，100摄氏度等于373.15K。（附图片）
图为磁体在用超导材料制成的圆盘上漂浮。新华社发