《学霸的科幻世界》正文卷第三百七十七章新一代载人航天项目[2]

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    直到这时，庞学林才开始有时间将注意力放在常温超导的研究上。
    事实上，在庞学林从黑暗森林世界获得的奖励中，并不存在常温超导的相关技术。
    当初在黑暗森林世界，维德他们之所以搞出了那条长达二十多公里的超级电磁弹射轨道，完全是不计成本堆资源堆出来的。
    单单用于维持超导效应的铌钛合金以及液氦，就耗费了数万亿美金。
    在现实世界，庞学林根本不可能这么做。
    因此，他必须另辟蹊径，寻找到具备普遍意义的超导体物理学机制。
    所谓超导体，指的是在某一温度下，电阻为零的导体。
    超导体的发现与低温研究密不可分。在18世纪，由于低温技术的限制，人们认为存在不能被液化的“永久气体”，如氢气、氦气等。
    年，英国物理学家杜瓦制得液氢。
    年，荷兰莱顿大学莱顿低温实验室的卡末林·昂内斯教授成功将最后一种“永久气体”——氦气液化，并通过降低液氦蒸汽压的方法，获得1.15-的低温。
    低温研究的突破，为超导体的发现奠定了基础。
    在十九世纪末二十世纪初的物理学界，对金属的电阻在绝对零度附近的变化情况，有不同的说法。
    一种观点认为纯金属的电阻应随温度的降低而降低，并在绝对零度时消失。
    另一种观点，以威廉·汤姆逊（开尔文男爵）为代表，认为随着温度的降低，金属的电阻在达到一极小值后，会由于电子凝聚到金属原子上而变为无限大。
    年2月，掌握了液氦和低温技术的卡末林·昂尼斯发现，在4.3K以下，铂的电阻保持为一常数，而不是通过一极小值后再增大。因此卡末林·昂尼斯认为纯铂的电阻应在液氦温度下消失。
    为了验证这种猜想，卡末林·昂尼斯选择了更容易提纯的汞作为实验对象。
    首先，卡末林·昂尼斯将汞冷却到零下40℃，使汞凝固成线状；然后利用液氦将温度降低至4.2K附近，并在汞线两端施加电压；当温度稍低于4.2K时，汞的电阻突然消失，表现出超导状态。
    后来，经过众多科学家的研究，发现超导体具有三个基本特性：完全电导性、完全抗磁性、通量量子化。
    所谓完全导电性，又称零电阻效应，指温度降低至某一温度以下，电阻突然消失的现象。
    完全导电性适用于直流电，超导体在处于交变电流或交变磁场的情况下，会出现交流损耗，且频率越高，损耗越大。
    交流损耗是超导体实际应用中需要解决的一个重要问题，在宏观上，交流损耗由超导材料内部产生的感应电场与感生电流密度不同引起；在微观上，交流损耗由量子化磁通线粘滞运动引起。
    交流损耗是表征超导材料性能的一个重要参数，如果交流损耗能够降低，则可以降低超导装置的制冷费用，提高运行的稳定性。
    第二，完全抗磁性，又称迈斯纳效应，“抗磁性”指在磁场强度低于临界值的情况下，磁力线无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象，“完全”指降低温度达到超导态、施加磁场两项操作的顺序可以颠倒。
    完全抗磁性的原因是，超导体表面能够产生一个无损耗的抗磁超导电流，这一电流产生的磁场，抵消了超导体内部的磁场。
    超导体电阻为零的特性为人们所熟知，但超导体并不等同于理想导体。
    从电磁理论出发，可以推导出如下结论：若先将理想导体冷却至低温，再置于磁场中，理想导体内部磁场为零；但若先将理想导体置于磁场中，再冷却至低温，理想导体内部磁场不为零。
    对于超导体而言，降低温度达到超导态、施加磁场这两种操作，无论其顺序如何，超导体超导体内部磁场始终为零，这是完全抗磁性的核心，也是超导体区别于理想导体的关键。
    第三，通量量子化效应，又称约瑟夫森效应，指当两层超导体之间的绝缘层薄至原子尺寸时，电子对可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象，即在超导体—绝缘体—超导体结构可以产生超导电流。
    约瑟夫森效应分为直流约瑟夫森效应和交流约瑟夫森效应。
    直流约瑟夫森效应指电子对可以通过绝缘层形成超导电流。
    交流约瑟夫森效应指当外加直流电压达到一定程度时，除存在直流超导电流外，还存在交流电流，将超导体放在磁场中，磁场透入绝缘层，超导结的最大超导电流随外磁场大小作有规律的变化。