科學的明珠——超導

19世紀，科學家發現某些金屬導體的電阻會隨著溫度的降低而變小.于是，人們提出這樣的問題:溫度要降到多低，導體的電阻才能變成零?

1911年，荷蘭物理學家昂尼斯發現，水銀在-269 °C(絕對溫度4.2 K左右)時電阻完全消失，這是人類低溫物理研究取得的里程碑式的成就.1913年，他在諾貝爾獎的頒獎演說中激動地說:“這種電阻消失不是逐漸地，而是突然地消失.”這樣，水銀在溫度達4.2 K時進入了一個新的狀態，由于它的特殊性能，可以稱之為超導態.人們通常把這個電阻突然消失的溫度稱為臨界溫度.后來人們研究發現鉛#65380;錫和鋅等金屬都具有超導性，而鐵#65380;鎳#65380;金和銅等金屬不具備超導性，于是人們把具有超導性的金屬及其化合物統稱為超導體.

超導體有哪些特殊性能呢?它除了導電時電阻為零外，對磁場也很敏感.主要表現出很強的抗磁性，即它不允許磁感線穿過內部.這里介紹一個有趣的實驗:在常溫下把條形磁鐵放入錫碗內，磁鐵會靜靜地躺在碗底.但是當把這只錫碗溫度降到4.2 K時，磁鐵會騰空懸浮在碗的中央.這是因為在4.2 K時錫碗變成了超導體，它不允許磁鐵的磁感線穿過，于是產生的排斥力使磁鐵懸浮起來.

利用超導體的特殊性能，人們創造了一個又一個奇跡.由于超導體中電阻為零，電能沒有損耗，因此可以用細導線輸送大電流.用超導體材料制造發電機，可以使單機容量成百倍地增加，而且超導體發電機重量輕，體積小，效率高.常規高壓輸電，要采用價格昂貴#65380;體積龐大的變壓器.而采用超導體的發電機，可以大幅度地提高發電機的輸出電壓，省掉變壓器等變電裝置，將電力直接并入電網，送到很遠的地方去.

利用超導體的抗磁性，人們發明了磁懸浮技術，造出了磁懸浮列車，顯著地提高了列車的運行速度.磁懸浮列車靠超導線圈中強大電流產生的電磁力懸浮在鋁軌上，它的時速可達到500 km以上，相當于中速飛機.如果從上海到北京，磁懸浮列車只需要兩個多小時就可以到達.用超導磁力裝置代替輪船上笨重的螺旋槳，可以加快船速.

在電子計算機中使用超導材料，可以使電子計算機速度提高近千倍.在高能物理研究中，利用超導材料可以造出更高能量的加速器，探索微觀世界的奧秘.在國防上利用超導材料可以制造巨大的儲能器，為激光武器提供可靠的能源，這種電磁激光武器可以使敵人的導彈#65380;飛機和坦克頃刻間灰飛煙滅!

人們稱“超導是當代科學的明珠”，世界上有二百多個實驗室在加緊研究超導課題.我國是在20世紀50年代開始研究超導的，取得了許多世界矚目的成就.早在1987年，中國科學院科學家趙忠賢就獲得了臨界溫度為78.5 K(-194.5 °C)的超導材料，躋身于當時世界先進行列.1992年，北京大學在世界上首次用非金屬摻雜，制成了摻錫碳-60超導體.碳-60由60個碳原子組成，形似足球，又稱為“足球烯”，臨界溫度是-236 °C.中國工程院院士周廉教授研制成功的鈮三錫超導材料列入世界最佳性能行列.

武漢科技人員繼美#65380;英之后制造出300 kW超導發電機，這是世界高新技術的又一光輝成果.2000年開始，我國上海開始規劃建造世界上第一條商業運營的磁懸浮列車，在不到兩年時間里建造成功，它全長30 km，最高運行速度可達431 km / h，具有速度快#65380;能耗低#65380;噪聲小#65380;無污染#65380;安全性能高等優點.2001年，清華大學研制長為340 m的鉍系37芯高溫超導導線成功，標志我國已掌握世界先進水平的超導線材產業化技術.2004年，上海電纜廠和北京云電英納超導電纜公司聯合制成的第一組超導電力電纜在昆明普吉變電站一次并網成功，這標志我國超導應用技術獲得重大突破.我國有可能建設世界上首條“超級能源公路”，即建設零損耗超導輸電網.

科學家預言:2012年，超導發電機等設備將得到普及;2017年，室溫超導體將開發成功;2020年，將實現超導遠距離輸電.在超導研究中，我國已顯露頭角，正在為世界文明不斷作出新的杰出貢獻.

責任編輯蔡華杰