超导的魅力-第1章

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　　　　超导的魅力

　　　　主持人：会当凌绝顶，一览众山小。凤凰卫视世纪大讲堂。

　　　　从1911年荷兰的科学家昂内斯发现了超导现象以来，超导总是跟低温相联系，但是在1987年初，在赵忠贤院士的领导下，他那个小组发现了高温超导，这件事轰动了中国，迅速在中国引起了研究超导的热潮。从那个时候到现在已经过去了15年，超导有什么变化呢？今天主持人阿忆给大家请来了赵忠贤院士，由他给我们讲一讲超导的魅力。那赵院士是怎样的一个人呢？我们先看一看他的介绍。

　　　　谢谢赵院士光临我们的节目，我第一次知道您的名字不是因为超导，是因为1995年的时候，您带领40位科学家，在全国政协会议上搞了一个提案，就是要打击一下当时非常非常热闹的王洪成的水变油。

　　　　赵忠贤：是有这么回事儿。

　　　　主持人：您是怎么知道、怎么认识王洪成的呢？

　　　　赵忠贤：我没见过他。

　　　　主持人：没见过他，那您就要打击这个没见过的人？

　　　　赵忠贤：因为他在很多的报纸上和杂志上都介绍他，是中国第五大发明，把水变成油，这个从科学上来讲，是不符合科学的。

　　　　主持人：就是不用见到这个人，只要说把水变成油，是没有这种可能的？

　　　　赵忠贤：应该这么说，因为水是氢和氧组成的，它如果变成油就有碳了，这里面的元素，不可能把氢和氧变成碳的元素，是不可能的。

　　　　主持人：有什么您知道，特别滑稽的这种上当行为吗？

　　　　赵忠贤：大概好象有一个地方，咱们不说哪个地方，因为大家集资嘛，给了他几十万块钱，然后集资以后就修水池子，象游泳池似的，修完以后就等着它灌上水，等它去变油，这样他们就可以卖油了。

　　　　主持人：然后自己再建一个加油站，就挣钱了。

　　　　赵忠贤：最后，他说我跟你开玩笑。这样的话，那些人就说我集资的这些人要我的命，我不给人家钱，你不给我变油的方法，那我就要你的命，所以很严重。

　　　　主持人：那他怎么办呢？他可能骗了好多人了。

　　　　赵忠贤：这个坑了很多人，所以我们必须要作为一个科学家，对人民负责、对社会负责，应该指出他的在科学上的错误。

　　　　主持人：　通过这个简短的聊天大家知道赵院士是一个什么样的人了，除了在实验室里关心科学，时不常地也关心我们的社会，但更多的是把精力放在实验室，放在他的超导事业上。接下来呢，我们就听一听赵院士给我们带来的讲演报告，讲演报告的名字叫“超导的魅力”。有请！

　　　　赵忠贤：谢谢。各位好，我今天跟大家也算一块儿讨论吧，超导的魅力，我之所以用“魅力”这个词，就是因为在超导里边，过去是很吸引人的一个研究题目，而现在也是非常吸引人的题目，这里面可以有很多的发现。

　　　　在讲超导的魅力之前，我给大家看一张片子，这实际上是一个低温的魅力，大家可以看到横坐标是温度，从液氮开始一直到很低，到激光制冷，从这里看，它可以研究的内容非常多，那么巨磁阻材料是镧—锶—锰—氧化合物，这是几年以前发现的，超导画的范围比较大，就是包括铜氧化物超导体，也就是刚才说的高温超导体，重费米子超导体、纳米的量子效应介观体系，还有超流体，氦三和氦四，也包括量子霍尔效应、量子固体、核自旋、磁有序等等。大家可以看到，在超导里面已经有三个由于超导方面的工作，实际上是已经有四项诺贝尔奖，在量子霍尔效应是两项诺贝尔奖，氦三，几年以前也获得诺贝尔奖，在激光制冷呢，大家知道激光冷却本身获得了诺贝尔奖，那么经过激光冷却原子的话，实现了玻色爱因斯坦凝聚，又获得了诺贝尔奖。所以我如果有机会讲讲低温的魅力，大概可能范围更宽，那我今天向大家介绍的就是超导的魅力。

　　　　现在我先讲应用方面，应用方面因为超导体没有电阻。（电阻）等于零的这么一个特性是在理想的情况，因此对能源来讲，是一个开源节流，环境友好的材料。因为超导它节能，消耗的能源少，它自然就可以对环境友好，同时在很多方面，它可以在开源方面，比如说做超导的发电机等方面，都可以起到作用，我最后要给大家举例子。另外，超导本身是一个宏观的量子现象，所以，超导量子干涉器件，它可以检测非常微弱的电磁信号，那么有多灵敏呢？它的灵敏度基本上只受量子力学测不准原理的限制，所以应该是最灵敏的了。另外，在高温超导体氧化物方面，因为它的临界温度，高温超导体是指的液氮可以工作的，所以它有些特性。那么现在呢，从1987年到现在，这么多年下来，高温超导体的研究、应用有些是现实的，我会向大家介绍，有些还需要解决关键的技术，甚至还需要开拓市场，不是说你那个东西好，人家就一定会接受，所以我就向大家具体来举例子介绍。

　　　　在这之前，因为很多同学不一定是学物理的，所以我简单介绍一下超导的几个基本特性。第一个基本特性就是电阻为零。那么这里怎么样证明它是零呢？我画了这个圈是一个超导的圈，当你加了一个磁场，最后在温度降到低温下时，进入超导态之后，再把磁场拿走，那么在这个环里面，就一直有一个持续的电流在那儿流动，如果你探测这个环里面的磁场，你测量它的衰减，看看它有没有衰减和变化，最后他们用核磁共振的办法来测量这个磁场衰减，发现转了一年也没有发生变化，所以从物理上和实验上都可以证明，实验上是基本上等于零，物理上应该说它电阻就是等于零。

　　　　超导还有一个最重要的特征，就是当你把一个具有超导性的材料放在一个磁场中，然后降温降到使它进入超导态，如果它仅仅是电阻等于零的理想导体呢，磁力线呢就一直在，在你撤掉外面磁场之后，还冻结在材料的内部，如果它是个超导体的话，只要进入超导态，它就把内部的磁力线就排斥出去了，也就是说这个球本身的内部的磁感应强度等于零。

　　　　另外一个超导特性是有磁通量子化，假如中间这个环，这个环里面冻上了磁通，这个超导环，里面每个磁通线是个量子化的，这个量子化有多小呢？那么最下面写的“Φ等于普朗克常数除上两个电子”，它就等于2。07乘10的负15次方韦伯，只要是进入了超导环，这个磁力线都是量子化的。

　　　　这就是刚才讲的超导的基本的特征，不管是高温超导体，还是低温超导体都是一样。我现在给这张图，就是超导体的现在这么多年做下来的话，它有一个临界温度是多少，那么在下面看的话，4。2K，这就是液氦的沸点，那么到77。4K是液氮的沸点，那么我们现在做的低温超导体大部分都是金属合金超导体，都是在4。2K到10K这个范围里面进行工作的。那么做了高温超导体，它的工作媒质就可以用液氮，这就给我们的应用带来很大的方便。我下面举一些超导应用的例子，现在是超导线，这个线并不象我们想象的铜线那样，这个线实际上是很多的细丝在里面，这个细丝就象头发一样的细，这些细丝来保证了超导线的稳定性。做高温超导，尽管做成带子，也是用了很多的filaments在里面。这是铜氧化物超导体，这张图实际上就是一个钙钛矿　结构的。这是材料，那么我们可以看到，这个材料和金属合金是不一样的，因为我们今天不重点讨论材料的结构问题。那么高温超导体铜氧化物做成线，也是做成一般的导线片子是一样的，但你看到的都是一个细带子，为什么这么亮呢？外面是一层用银套包起来的，将来使用的时候，还是要用很多的filaments，很多细丝。

　　　　那么超导体的特点，这张特点就是它的临界电流，这个粉的圈里面就是金属合金的超导体，或者是金属间化合物超导体，它可以在几万高斯磁场的情况下，在4。2K可以通十万或者几十万安培的电流，那么这个是很有用处。

　　　　我现在给大家举的例子，第一张看到的，已经在生活中用到了，比如在医院里面核磁共振磁体成像的设备，用的磁体就是超导磁体，现在已经在国内外都在广泛的在用。这个就是托克马克装置，受控热核反应的托克马克装置里面的约束等离子磁体，这个磁体一定要超导的，如果不用超导，但是这个超导是低温超导，用液氦的，只有用这个磁体才能够约束等离子体，同时的话，你的产出才能够超出你的输入。否则的话（如果不用超导的），你的能量就自身消耗太大。这个就是用金属合金的超导体做的加速器用的磁体。这个是用超导的铌，金属铌做的铌腔，谐振腔，这个腔主要是在做自由电子激光器上用的腔。我这里顺便举个例子，就是用高温超导体做的样机，就是发电机和电动机的样机，这是用高温超导体做的限流器，就是当你在出现有大的电流出现事故的时候呢，它可以保护着你的系统。这个就是一个普通的线圈，是最简单的超导线圈，跟普通的铜线圈表面看没什么差别，我们把它用在什么地方？这个磁体有很多方面用，比如实验室里到处都在用超导磁体。用超导的磁体比如做的单极机，可以做得很小，也可以用在船上。这就是下一代的船舶推动器的一个侯选者，而现在看来，特别是超导的单极机在小型的船上，特别是舰艇之类的，它用处可能更大。

　　　　来源：凤凰网