科学的明珠——超导

索鸿英

19世纪，科学家发现某些金属导体的电阻会随着温度的降低而变小.于是，人们提出这样的问题:温度要降到多低，导体的电阻才能变成零?

1911年，荷兰物理学家昂尼斯发现，水银在-269 °C(绝对温度4.2 K左右)时电阻完全消失，这是人类低温物理研究取得的里程碑式的成就.1913年，他在诺贝尔奖的颁奖演说中激动地说:“这种电阻消失不是逐渐地，而是突然地消失.”这样，水银在温度达4.2 K时进入了一个新的状态，由于它的特殊性能，可以称之为超导态.人们通常把这个电阻突然消失的温度称为临界温度.后来人们研究发现铅､锡和锌等金属都具有超导性，而铁､镍､金和铜等金属不具备超导性，于是人们把具有超导性的金属及其化合物统称为超导体.

超导体有哪些特殊性能呢?它除了导电时电阻为零外，对磁场也很敏感.主要表现出很强的抗磁性，即它不允许磁感线穿过内部.这里介绍一个有趣的实验:在常温下把条形磁铁放入锡碗内，磁铁会静静地躺在碗底.但是当把这只锡碗温度降到4.2 K时，磁铁会腾空悬浮在碗的中央.这是因为在4.2 K时锡碗变成了超导体，它不允许磁铁的磁感线穿过，于是产生的排斥力使磁铁悬浮起来.

利用超导体的特殊性能，人们创造了一个又一个奇迹.由于超导体中电阻为零，电能没有损耗，因此可以用细导线输送大电流.用超导体材料制造发电机，可以使单机容量成百倍地增加，而且超导体发电机重量轻，体积小，效率高.常规高压输电，要采用价格昂贵､体积庞大的变压器.而采用超导体的发电机，可以大幅度地提高发电机的输出电压，省掉变压器等变电装置，将电力直接并入电网，送到很远的地方去.

利用超导体的抗磁性，人们发明了磁悬浮技术，造出了磁悬浮列车，显著地提高了列车的运行速度.磁悬浮列车靠超导线圈中强大电流产生的电磁力悬浮在铝轨上，它的时速可达到500 km以上，相当于中速飞机.如果从上海到北京，磁悬浮列车只需要两个多小时就可以到达.用超导磁力装置代替轮船上笨重的螺旋桨，可以加快船速.

在电子计算机中使用超导材料，可以使电子计算机速度提高近千倍.在高能物理研究中，利用超导材料可以造出更高能量的加速器，探索微观世界的奥秘.在国防上利用超导材料可以制造巨大的储能器，为激光武器提供可靠的能源，这种电磁激光武器可以使敌人的导弹､飞机和坦克顷刻间灰飞烟灭!

人们称“超导是当代科学的明珠”，世界上有二百多个实验室在加紧研究超导课题.我国是在20世纪50年代开始研究超导的，取得了许多世界瞩目的成就.早在1987年，中国科学院科学家赵忠贤就获得了临界温度为78.5 K(-194.5 °C)的超导材料，跻身于当时世界先进行列.1992年，北京大学在世界上首次用非金属掺杂，制成了掺锡碳-60超导体.碳-60由60个碳原子组成，形似足球，又称为“足球烯”，临界温度是-236 °C.中国工程院院士周廉教授研制成功的铌三锡超导材料列入世界最佳性能行列.

武汉科技人员继美､英之后制造出300 kW超导发电机，这是世界高新技术的又一光辉成果.2000年开始，我国上海开始规划建造世界上第一条商业运营的磁悬浮列车，在不到两年时间里建造成功，它全长30 km，最高运行速度可达431 km / h，具有速度快､能耗低､噪声小､无污染､安全性能高等优点.2001年，清华大学研制长为340 m的铋系37芯高温超导导线成功，标志我国已掌握世界先进水平的超导线材产业化技术.2004年，上海电缆厂和北京云电英纳超导电缆公司联合制成的第一组超导电力电缆在昆明普吉变电站一次并网成功，这标志我国超导应用技术获得重大突破.我国有可能建设世界上首条“超级能源公路”，即建设零损耗超导输电网.

科学家预言:2012年，超导发电机等设备将得到普及;2017年，室温超导体将开发成功;2020年，将实现超导远距离输电.在超导研究中，我国已显露头角，正在为世界文明不断作出新的杰出贡献.

责任编辑蔡华杰