室温超导将怎样改变我们的生活

○王 萱

不久前，韩国科学家声称研究出了世界上首个室温常压超导体。此消息一出，立即引来了世界各国科学家们的“复现潮”。那么，如果室温超导材料真的被发现，会对我们的生活产生哪些影响呢？

室温常压

韩国科学家声称实现的室温超导，就是指合成出了室温常压超导体“改性的铅磷灰石LK-99”。所谓室温超导，即在室温条件下实现的超导现象。

顾名思义，它大致可分为室温和超导两部分来分析。室温并不是指我们平常所讲的室内温度，而是指0 ℃；而超导就是超级能导电的意思。因此，室温超导体就是指能够在0 ℃以上温度中实现超导现象的物体。

注意，这里我们还忽略了一个环境压力的问题。目前科学家们已经发现了一种叫“层状钇-钯-氢”的材料，能够在-10 ℃的环境中、187 GPa 的超高压力下保持超导特性。187 GPa 压力是什么概念呢？简单地说，1 GPa 压力 相 当于9 869.2 个标准大气压。

因此，如果能够发现一种在常温常压下具有超导表现的材料，无疑是人类历史上里程碑式的突破。所以，室温超导也被称为现代物理学上的“圣杯”之一。

超级能导电的超导体还拥有零电阻和完全抗磁性这两个特性。所谓零电阻是指科学家在某些材料中发现，当其低于一定温度时，电阻突然消失，出现超导特性。由于没有了电阻，电流在此物体中传导就不会产生其他的损耗，比如发热等。

所谓完全抗磁性，是指超导体内部的磁感应强度为零。以现在的高温（注意：这里的“高温”不是我们普通认识中的高温，而是相对于原来超导所需的超低温——一般在-200 ℃以下——而言）超导体来说，放一个磁铁在其上面，当温度降低到它产生超导特性，成为超导体的时候，由于它的内部不允许有任何磁场，所以必然产生一个和磁铁相反的磁场，最后你就会看到磁铁上升到超导体上方一定距离处悬浮起来。

简而言之，世界各国科学家所谓的“复现”，其实主要就是检测韩国科学家搞出来的“ 改性的铅磷灰石LK-99”是否真正同时具有零电阻和完全抗磁性。

核磁共振

核磁共振波谱仪是利用核磁共振现象制成的一种用于医学检查的成像设备，目前在我国二级以上医院一般都有配备。但是，使用核磁共振的费用可不便宜。检查身体的一个部位价格在500元以上，检查头颈血管、全脊柱价格则在1 500 元以上。那么，这核磁共振为啥这么贵呢？

那是因为医院使用的核磁共振波谱仪需要经常添加液氦、液氮等冷却剂，其维护、使用成本都很高。由于核磁共振波谱仪里面使用的是高温超导体，必须使其保持在一定温度以下才具有超导性，所以只有定期添加制冷剂才能保证其正常运行。

更有意思的是，加注液氮仅仅只是为了减缓机器内部液氦的挥发速度。真正对高温超导体起到冷却作用的其实是液氦，但液氦价格昂贵，所以工程师才想出了用液氮来冷却液氦、再用液氦冷却高温超导体的“笨办法”。一般来说，液氦三到六个月添加一次，而液氮则一到两周就得添加一次。

如果室温常压超导材料被应用到核磁共振波谱仪中，那么我们就能获得更为稳定、更为持久，也更强的磁场，从而使得核磁共振成像的质量和分辨率更高。最为重要的是，室温常压超导材料不需要定时添加制冷剂，也就能够大大降低核磁共振波谱仪的运行成本。

磁悬浮列车

自从磁悬浮列车投入商业运营以来，其高昂的建设成本，复杂的技术设备要求，以及苛刻的运行条件都成为了制约其发展的重要因素。比如，电磁悬浮列车需要通电后才能悬浮，电动悬浮列车需要动起来后才能悬浮，而高温超导磁悬浮列车则需要液氮制冷后才能悬浮。因此，目前绝大多数磁悬浮列车线路都是处于亏损状态，被戏称为“赔本赚吆喝”项目之典范。

如果室温常压超导材料被应用到磁悬浮列车上，那么目前所存在的软肋问题，基本上都能够迎刃而解。比如，可以大幅度降低建设、运行成本，大幅度简化设备以及维护程序，从而实现盈利。

但最主要的是，就磁悬浮列车的特性而言，室温常压超导材料的应用还能极大降低能耗、噪音，并且使其达到更快的速度。对于普通乘客而言，最直观的差别就是，传统磁悬浮列车在靠站后都不会悬浮于轨道之上，而室温常压超导磁悬浮列车不论是停下来还是动起来，都是悬浮在轨道上面。

长途超导输电

大家一定听说过“西电东送”工程，它大致就是把水能资源丰富的西部省区的水能转化成电力资源，然后输送到电力紧缺的东部沿海地区。然而，大家不知道的是，在西电东送的过程中电力的损耗是相当惊人的。即便是我们研发、使用了最先进的特高压直流输电技术，电力损耗仍然在6%左右。仅南方电网2022 年“西电东送”的电量就高达2 156 亿千瓦时，全国所有电网的损耗该是多么巨大的数字。

2021 年12 月，国家电网在上海建设的35 千伏公里级超导电缆示范工程投入运行，这是目前全球距离最长、输送容量最大、接头数量最多的全商业化运行超导输电工程。虽然它的长度仅1.2 千米，但在直流输电中，它的电网线损能可降低70%以上。

高温超导输电是在-196 ℃的液氮环境中，利用超导材料的超导特性来实现零损耗大容量输电。但是，目前实现的千米级超导输电，对于线路长度超过2 000 千米的“西电东送”项目来说，不过是“万里长征迈出了第一步”。

如果室温常压超导材料被应用到长途输电中，那么不但工艺简单、架设方便，更能极大减少电力传输中的损耗。以南方电网2022 年“西电东送”的电量来计算，假设室温常压超导输电的损耗能降低到1%左右，则可将电力损耗减少至仅有21 亿千瓦时。

室温常压超导材料的应用领域非常广泛，比如应用到芯片上，就能解决芯片发热的问题，从而提高计算速度；应用到核聚变中，就能更为稳定、高效地控制核聚变反应……随着科学技术的不断发展，相信我们一定能够找到并制造出适用的室温超导材料。