超低温的奇妙—世—界超导现象

4　超低温的奇妙—世—界超导现象

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在科幻片中可以看到有些人一直保存在一个“冰柜”中，当需要他们时加温复活，这是多么大胆的想法啊，人真的能复活吗？在超低温条件下，空气将变成可以流动的液态，放置其中的鸡蛋会像萤火虫似的射出浅蓝色的荧光；鲤鱼呈“沉睡状态”，生物的生殖细胞都“冬眠”了，它们都将自己的生命速度拨到了零点，基于以上的这些事实，美国物理学家詹姆斯·贝德福，成为世界上第一个被人工冷藏的人，他是1967年1月19日开始被冷藏的。

类似冰箱的低温致冷机

那么什么是超低温呢？科学家理论上的推算，得知“冷”并不像热一样可以无限发展，冷有一个最低温度，就是零下273℃，这一温度被称为“绝对零度”，当温度降到零下100℃时，称为超低温。在国际单位中1开尔文就是-273.15℃。

当科学家们开始对低温世界进行各种研究时出现了一个接一个的意外，第一个意外就是1911年，荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。卡末林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。

荷兰莱顿大学

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超低温的应用

超低温在生活中的应用越来越多，在航天方面，飞向太空的火箭用低温制得的液氢做燃料；上海等地的一些医疗单位采用冷冻疗法，成功地为许多肿瘤患者医治了恶性肿瘤。他们将极冷的液氮喷到肿瘤上，使肿瘤结成冻块，然后让它复温解冻，经过多次反复，就把恶性肿瘤细胞全部杀死；还有科学家提出，根据有些动物在冬天的低温条件下冬眠的习性，以及某些在超低温下快速冷冻的动物复温后又活过来的试验，有人设想，把因病而无法医治的人迅速冷冻起来，等将来医疗技术能够医治时，再把人体解冻，治好他们的疾病。目前它还只能在科学家们的实验室中进行，并不能够大规模地应用到我们的日常生活中，但科学的发展是无止尽的，到那时候，例如超导电缆、超导电机、超导储能器以及粒子加速器和受控热核反应的超大型强磁体，还有时速高达500多千米的超导磁悬浮列车、无摩擦超导陀螺仪、超导轴承，等等。

陀螺仪

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称为“迈斯纳效应”。后来人们还做过这样的一个实验：在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体，然后把温度降低，使锡盘出现超导性，这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，慢慢地飘起，悬浮不动。

我国在这方面的研究也取得相当的成绩，2001年4月，340米铋系高温超导线在清华大学应用超导研究中心研制成功，并于年末建成第一条铋系高温线材生产线。2001年5月，北京有色金属研究总院采用自行设计研制的设备，成功地制备出国内最大面积的高质量双面钇钡铜氧超导薄膜，达到国际同类材料的先进水平。2001年7月，香港科技大学宣布成功地开发出全球最细的纳米超导线。目前，我国超导临界温度已提高到零下120℃，即153K左右。

香港科技大学标

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超低温的发展前景

国外发达国家现在都在超导方面积极投入进行研究，取得了很大的进步，很多国家都把这一技术应用到生活当中去。早在1922年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利，所谓的磁悬浮列车就是一种靠磁悬浮力来推动的列车，由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可以达每小时500千米以上，比轮轨高速列车的300多千米还要快速。20世纪70年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。1992年1月27日，第一艘由日本船舶和海洋基金会建造的超导船“大和”1号在日本神户下水试航。超导船由船上的超导磁体产生强磁场，船两侧的正负电极使水中电流从船的一侧向另一侧流动，磁场和电流之间的洛伦磁力驱动船舶高速前进。这种高速超导船直到目前尚未进入实用化阶段，但实验证明，这种船舶有可能引发船舶工业爆发一次革命，就像当年富尔顿发明轮船最后取代了帆船那样。