“微米薄束”真空失重方显超导体本色

上一篇 / 下一篇  2011-07-23 11:37:42

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还记得20世纪80年代对超导材料的“明星炒作”吗?那时,几乎所有的报纸都连篇累牍地报道超导材料的临界温度又在极短的时间内提高了多少。科学家和媒体一起卷入了狂热的追逐,那时,几乎所有人都相信这项技术能给人类社会带来奇迹:悬浮的火车每小时能运行300公里;以超高速度运行的计算机;更便宜、更干净的电能……而且,这些只不过是超导材料研究辉煌事业的起点。

  重新走回聚光灯下

  “那时候,超导材料可真是红得发紫,可现在,人们似乎已把它忘记了,”路易斯·卡斯泰兰伊是位于美国休斯敦市的一家研究超导金属氧化物技术的公司的总裁,他感慨万千地说。

  问题首先出在如何用超导材料制作电缆上。超导体通常是陶瓷材料,陶瓷又硬又易碎,要找到一种工业方法将它们制作成既长又有韧性的电缆实在是太困难了。实际上,最初的尝试便令人大失所望:所谓的第一代"高温超导"材料电缆的价格相对昂贵,约为普通铜电缆的5倍~10倍;更令人沮丧的是,它能通过的电流只是普通铜电缆的2倍或3倍,远远低于当初预期的100倍,超导研究由此痛苦地进入了低潮。

  但是最近,由于在航天飞机上无重力实验条件下取得的研究成果,这一切又发生了变化。

  在得克萨斯州,美国国际航空航天中心有一家专门研究超导材料的机构,这家机构与休斯敦大学合作,自20世纪80年代起就一直在努力寻求先进的超导材料,无论是在它被炒得火热时还是在它遭人冷落时都从未放弃。最近,他们的努力终于得到了回报:第二代"高温超导"材料电缆即将诞生,它与普通铜电缆的造价相仿,但能通过的电流却是后者的100倍。曾经热闹一时又遭冷落的超导研究又将重新走回聚光灯下。

  热切的期待

  超导材料的最特殊特性是它的“零电阻”特性。在理论上,超导材料对电流的阻抗趋于零,用“高温超导”材料制作的环行电缆中的电流可以永不停息地"盘旋" 下去,而无需任何能量来源;而像铜电缆这样的普通导体,其内部阻抗将使传输中的一部分电能转化为热能。据美国能源信息机构统计,在传输途中,美国生产的电能大约有7%被电阻消耗,使用超导电缆代替这些铜电缆将大大增加电能传输效率。

  刚具雏形的磁悬浮列车热切盼望能使用更便宜、质量更高的超导线圈。由于造价昂贵,许多磁悬浮列车工程迟迟不能启动,但在日本、中国、德国和美国,磁悬浮列车的应用前景异常广阔,任何一项能使费用降低的技术都将对其产生了不起的推动力。

  美国国际航空航天中心更关心超导材料如何在太空环境中使用。例如,为卫星定位定向的旋转罗盘如能使用超导磁铁制作光滑的轴承,会显著改进卫星的精密程度;另外,如果宇宙飞船中的电动马达线圈能使用超导材料,其体积可以减小到只有原来的六分之一,从而可节省宝贵的空间并大大减轻重量。

  假如要在月球上建立一个研究基地,使用超导材料将是最佳选择,当夜晚温度降低到100K(摄氏零下173度)时,刚好是"高温超导"材料工作的最佳温度范围。如果人类要去火星探险,旅行期间,一台使用超导电磁铁的桌面超导电磁扫描仪将能产生人体组织的详细图像,从而可为保证宇航员的健康提供有效的医疗诊断。

  有限的分享

  据专家估计,“高温超导”电缆在世界范围内的市场前景大约是3千亿美元,而且会以极快的速度增长。

  美国休斯敦大学于1997年成立一家公司,计划于2003年开始生产先进的“高温超导”电缆。公司首席科学家亚历克斯·伊格纳蒂夫博士说,他不能无保留地说出高温超导电缆的制造方法,因为这项技术的专利属于美国国际航空航天中心,美国国际航空航天中心必须保证美国在这项技术上的领先地位。

  不过,亚历克斯·伊格纳蒂夫博士很乐意与大家分享这项技术的一些基本原理:“实际上,‘高温超导'电缆的制作难度在于如何将超导材料切成微米级的薄束,我们在空间站真空失重条件下成功地找到了这种方法,并提高了超导材料的质量。”

  在将来的日子里,超导材料将广泛应用于从基础建设到医疗等各个领域,富有魅力的超导研究热可能又将拉开序幕。



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