应用前景广阔的低温超导技术
1911年,荷兰科学家卡麦林>昂内斯(1853~1926年)在低温实验中意外地发现:水银的电阻率并不像预料的那样随温度的降低逐渐减小,而是当温度降低到-269℃(液氦温区)附近时,电阻忽然消失了,这种特殊的导电性质的特质状态就是'超导“状态。
原来超低温使物质变成了新物态””超导态,具有超导电性的物质叫超导体,超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(又叫临界温度)。现已发现大多数金属元素及数以千计的合金、化合物都是超导体,它们都能在不同的条件下显示超导性。如钨的转变温度为0.012K,锌的转变温度为0.75K,铝的转变温度为1.196K,铅的转变温度为7.193K。
超导体进入超导状态时,不仅其内部电阻为零,而且导体内的磁场也为零,表现出完全的抗磁性。
超导现象这一伟大的发现,促使人们去挖掘物质世界中超导电性所隐藏的最神秘的宝藏。长期以来,超导体只能在低温液氦区(4K左右)工作,这需要许多低温设备与技术,不仅费用极高,而且不太容易实现,因而也就严重地制约了超导体的应用。为此,科学家们一再在探索将超导临界温度提高到液氮温区(77K)以上的方法,这就是高温超导研究。
1986年,高温超导研究取得了突破性的进展,科学家们相继发现了许多高温超导物质。現在高温超导体的临界温度已达到130K左右。
在电能传输的过程中,由于导线电阻的存在,都要产生热效应,白白地消耗了电能,还会给机器、设备造成损害。为此,科学家们千方百计地寻找电阻很小最好能够为零的导体来输送电能。目前世界上的电能约有四分之一损耗在输电线路上,如果使用没有电阻的超导材料做输电线路,就实现了'无损耗输电“,实际上等于增加了发电量。最近,科学家制造出实用的'超导电缆“,它利用一种合金氧化物(钇钡铜氧)制成几毫米的带子,缠绕在装有流动液氮的管子上,再加上几层绝热层,一根'超导电缆“就制成了,目前成本为200美元/(KA>m-1),价格昂贵。日本则用一种二硼化镁制成了'超导电缆“,成本大大降低,为1美元/(KA>m-1),但是技术要求很高,要求在液氦温区实现超导。'超导电缆“的输电能力是铜的3~4倍,具有很好的实用价值。
当前,低温超导技术实际应用为'超导磁体“,把超导金属丝绕成线圈,降至超低温以后,就制成了'超导磁体“。超导磁体没有电阻,因而也就没有热损耗,很容易产生强大的磁场,非常节省电力,5万高斯的强磁场只需几百瓦的电源。过去,通常...
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