正视超导热 ——一位超导研究者的观点

发布时间：88年03月25日

荻原宏康编译范一超

所谓超导即电阻为零。无论通过多大电流也不会产生光或热，因此没有能量消耗。若用超导材料制作的电缆把从福岛核电站的电力输送到东京，电力决不会在中这因发热而损耗。我们可利用超导材料将具有同样性能的电气机械做得很小。可以说很有可能会创制出我们目前还未想象到的电气机械。

超导产品何时能够实用化，对此有种种预测，根据日本科学技术厅资源调查所的预测，估计2000年左右会出现超导发电机、超导马达、超导加速器、线性发动机牵引列车等实用产品。也有人估计再有五年便能出现上述这类超导产品。但绝大部分的意见还是认为要到1995 ~ 2000年才能实现这一愿望。

物质乎？材料乎？

若就磁场而言，地球的磁场一般为0.5高斯左右。然而切割超导状态的磁场值却是0.5高斯的几十万倍，电流也是平时所用的几百万倍。因此，超导能够用于电气工业，就在于它能在强磁场和强电流中工作。

大约在十二年前，有人发现了在23 K——零下250摄氏度环境下还能工作的物质。之后一直没有新的发现。直到最近才接连不断地发现能在接近我们生活的温度（常温）区域中工作的超导物质，这就是当前所谓的“超导热”。于舟，长期以来必须置于液氦（4.2 k，零下269摄氏度）中才能应用的超导物质，如今只要置于液氮（零下196摄氏度）中就可以了。况且，每升液氦的代价为2000日元左右，而每升液氦仅为50日元。可以说是出现了经济效益很高的物质。

目前，极低温下超导应用技术的开发也正在发展。超导发电机、变压器、线性发动机牵引列车、超导推进船就是代表性的例子。并且还正在进一步开发利用了超导的加速器、核聚变、能量储存、MHD发电、用于医疗的磁共振断层摄像装置、用于制作半导体的结晶高产装置、半导体图像转复装置等技术。

开发利用超导从污水中提取微量元素的磁分离器、磁轴承、搅拌装置、约瑟夫森器件、SQUID器件、超导晶体管等研究工作也正在进行。这样的研究开发已有20多年的历史了。在超导技术中，特别是超导MRI装置（磁共振断层摄像装置）已经成为现实，并且形成了一个极大的市场。这种装置无须像X光机那样要通过X战来诊断人体大脑、心脏等内部器官的情况，仅依靠磁的作用就能详细诊断。如今日本已有100台左右的MRI装置在使用，其中50台就是用超导技术的。

能够成为超导的物质约有3000余种。但是，其中能作为工业材料应用的究竟有多少呢，目前知道只有6种，即能源领域中的Nb-Ti、Nb₃Sn、V₃Ga和电子领域中的Nb、Pb及铌氮化合物。

这说明即使是超导物质也未必都能成为超导材料。因此，被称为最新开发的东西究竟是停留在物质上，还是使之成为材料的问题是技术人员之间经常讨论的题目。

那么，超导物质如何才能变为超导材料呢？以现在使用的超导电线为例，它具有非常复杂的结构。

超导电线由称为OFHC的高级铜和超导材料构成。它的外形本身就是OFHC铜材，在其内部嵌入了大量做得极细的丝状超导材料。单根超导丝的直径有多种，最细的直径竟细至0.5微米。就是说200根这样的细丝排列起来也不过是头发丝那么粗。

若无制作如此微细的超导材料技术，那么超导物质还不能作为材料来应用。这样的技术日本业已成功，正是此种可喻为艺术性作品的杰出的复合技术支持了超导材料。

比电流密度重要的磁场

当前流传着这种说法，金属系超导材料必须要在零下269摄氏度环境下才能应用，而陶系新超导物质则相反，即使在高温和强磁场下也能应用，毫不影响电流的通过。这一舆论使陶系超导物质应运而生，人们对其寄予了极大的希望。

但是，我们却知道这样的事实，陶系物质的电流还未能达到极大值，并且似乎不耐磁场。再说，陶瓷材料硬而脆，目前好像还无法拉出如同金属那样要多细就有多细的线型材料。

因此，要想得心应手地把陶系物质作为实用品来应用还有相当的难度。的确，其临界温度是很高的，但在其它性质还未搞清的情况下就把它渲染为“王牌”未免过于乐观。进而言之，当前在引人注目的是超导物质能通过多大电流的问题。现在到处都盛传着能通过十万安培电流之类的说法，但对技术来说几乎是没有价值的。

为什么呢？前面已讲过超导材料的性能是由温度、磁场强度、电流（密度）强度三要素决定的，其中耐受温度和磁场的强度则由物质自身而定。

然而，电流的通过能力本来就是要通过再次加工才能产生的。所以只要得到温度和磁场方面性能优良的材料，那么电流通过的能力理应是增加多大都可以。现在的关键就在于超导材料的本身。

以此观点，磁场远比其它方面重要。临界磁场是物质本身的性质，所以无法加工。东芝综合研究所对液氦中磁场和电流的关系作了研究，得到了性能立刻减弱的结果。即现在崭露头角的超导物质在强磁场环境中还不能应用，其原因还是个谜。