超导技术及其应用

　在这个追求速度和效益的时代，人们越来越对一种现象感到不可容忍：电流在输送过程中时约有30%电能转化为无用的热量。
　　
　　导体尽管容易让电流通过，但导体仍有一些电阻，而超导体是不存在这个问题的唯一一类材料。超导体是这样一种物质：在低温条件下，它完全没有电阻，电流通过时不会有任何损失。最早的超导体是由荷兰物理学家卡末林-昂内斯在1911年发现的，当时他发现汞(水银)在热力学温度4.2K(-269℃)时就不再有电阻。到今天，人们已发现了许多种材料都能在一定条件下变成超导体。而最重要的条件是有极低的温度。一般都要在-200℃以下才会出现超导性质。当温度升高时，原有的超导态会变成正常的状态。
　　
　　超导体具有许多特殊的性质，当然最主要的是零电阻。人们做过实验,让电流在超导体制成的圆环中流动，电流可以流动一年而没有损失。人们通过对超导理论的研究，得到了对超导现象的深入认识。人们发现在超导体中，一些电子形成了特殊的电子对，因而使物体显示出超导性。
　　
　　超导体可以有非常大的用途，这也是各国科学家努力研究超导的重要原因。用超导体输送电能可以大大减少消耗，用高温超导体材料加工的电缆，其载流能力是常用铜丝的1200倍；利用超导体可以形成强大的磁场，可以用来制造粒子加速器等，如用于磁悬浮列车，列车时速可达500千米；利用超导体对温度非常敏感的性质可以制造灵敏的温度探测器。超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。
　　
　　经过70多年的发展，超导材料达到的最高临界温度只有23.2K，没有脱开液氦温度，而液氦价格昂贵，冷却效率低，很难广泛使用，目前超导体只在一些尖端的设备(如粒子加速器)上得到应用。
　　
　　要让超导体得到应用就首先要有容易使用的超导体。人们现在正不断地寻找新的超导体，其主要方向就是寻找能在较高温度下存在的超导体材料，即"高温超导体"(这里的高温是相对而言的)。20世纪80年代末，世界上掀起了寻找高温超导体的热潮，1986年出现氧化物超导体，其临界温度超过了125K，在这个温度区上，超导体可以用廉价而丰富的液氮来冷却。此后，科学家们不懈努力，在高压状态下把临界温度提高到了164K(-109℃)。1998年中国科学家研制成功了第一根铋系高温超导输电电缆。这一成功极大地推进了中国高温超导技术的实用化进程。高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。