○王 萱

不久前，韓國科學家聲稱研究出了世界上首個室溫常壓超導體。此消息一出，立即引來了世界各國科學家們的“復現(xiàn)潮”。那么，如果室溫超導材料真的被發(fā)現(xiàn)，會對我們的生活產(chǎn)生哪些影響呢？

室溫常壓

韓國科學家聲稱實現(xiàn)的室溫超導，就是指合成出了室溫常壓超導體“改性的鉛磷灰石LK-99”。所謂室溫超導，即在室溫條件下實現(xiàn)的超導現(xiàn)象。

顧名思義，它大致可分為室溫和超導兩部分來分析。室溫并不是指我們平常所講的室內(nèi)溫度，而是指0 ℃；而超導就是超級能導電的意思。因此，室溫超導體就是指能夠在0 ℃以上溫度中實現(xiàn)超導現(xiàn)象的物體。

注意，這里我們還忽略了一個環(huán)境壓力的問題。目前科學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種叫“層狀釔-鈀-氫”的材料，能夠在-10 ℃的環(huán)境中、187 GPa 的超高壓力下保持超導特性。187 GPa 壓力是什么概念呢？簡單地說，1 GPa 壓力 相 當于9 869.2 個標準大氣壓。

因此，如果能夠發(fā)現(xiàn)一種在常溫常壓下具有超導表現(xiàn)的材料，無疑是人類歷史上里程碑式的突破。所以，室溫超導也被稱為現(xiàn)代物理學上的“圣杯”之一。

超級能導電的超導體還擁有零電阻和完全抗磁性這兩個特性。所謂零電阻是指科學家在某些材料中發(fā)現(xiàn)，當其低于一定溫度時，電阻突然消失，出現(xiàn)超導特性。由于沒有了電阻，電流在此物體中傳導就不會產(chǎn)生其他的損耗，比如發(fā)熱等。

所謂完全抗磁性，是指超導體內(nèi)部的磁感應強度為零。以現(xiàn)在的高溫（注意：這里的“高溫”不是我們普通認識中的高溫，而是相對于原來超導所需的超低溫——一般在-200 ℃以下——而言）超導體來說，放一個磁鐵在其上面，當溫度降低到它產(chǎn)生超導特性，成為超導體的時候，由于它的內(nèi)部不允許有任何磁場，所以必然產(chǎn)生一個和磁鐵相反的磁場，最后你就會看到磁鐵上升到超導體上方一定距離處懸浮起來。

簡而言之，世界各國科學家所謂的“復現(xiàn)”，其實主要就是檢測韓國科學家搞出來的“ 改性的鉛磷灰石LK-99”是否真正同時具有零電阻和完全抗磁性。

核磁共振

核磁共振波譜儀是利用核磁共振現(xiàn)象制成的一種用于醫(yī)學檢查的成像設備，目前在我國二級以上醫(yī)院一般都有配備。但是，使用核磁共振的費用可不便宜。檢查身體的一個部位價格在500元以上，檢查頭頸血管、全脊柱價格則在1 500 元以上。那么，這核磁共振為啥這么貴呢？

那是因為醫(yī)院使用的核磁共振波譜儀需要經(jīng)常添加液氦、液氮等冷卻劑，其維護、使用成本都很高。由于核磁共振波譜儀里面使用的是高溫超導體，必須使其保持在一定溫度以下才具有超導性，所以只有定期添加制冷劑才能保證其正常運行。

更有意思的是，加注液氮僅僅只是為了減緩機器內(nèi)部液氦的揮發(fā)速度。真正對高溫超導體起到冷卻作用的其實是液氦，但液氦價格昂貴，所以工程師才想出了用液氮來冷卻液氦、再用液氦冷卻高溫超導體的“笨辦法”。一般來說，液氦三到六個月添加一次，而液氮則一到兩周就得添加一次。

如果室溫常壓超導材料被應用到核磁共振波譜儀中，那么我們就能獲得更為穩(wěn)定、更為持久，也更強的磁場，從而使得核磁共振成像的質(zhì)量和分辨率更高。最為重要的是，室溫常壓超導材料不需要定時添加制冷劑，也就能夠大大降低核磁共振波譜儀的運行成本。

磁懸浮列車

自從磁懸浮列車投入商業(yè)運營以來，其高昂的建設成本，復雜的技術設備要求，以及苛刻的運行條件都成為了制約其發(fā)展的重要因素。比如，電磁懸浮列車需要通電后才能懸浮，電動懸浮列車需要動起來后才能懸浮，而高溫超導磁懸浮列車則需要液氮制冷后才能懸浮。因此，目前絕大多數(shù)磁懸浮列車線路都是處于虧損狀態(tài)，被戲稱為“賠本賺吆喝”項目之典范。

如果室溫常壓超導材料被應用到磁懸浮列車上，那么目前所存在的軟肋問題，基本上都能夠迎刃而解。比如，可以大幅度降低建設、運行成本，大幅度簡化設備以及維護程序，從而實現(xiàn)盈利。

但最主要的是，就磁懸浮列車的特性而言，室溫常壓超導材料的應用還能極大降低能耗、噪音，并且使其達到更快的速度。對于普通乘客而言，最直觀的差別就是，傳統(tǒng)磁懸浮列車在靠站后都不會懸浮于軌道之上，而室溫常壓超導磁懸浮列車不論是停下來還是動起來，都是懸浮在軌道上面。

長途超導輸電

大家一定聽說過“西電東送”工程，它大致就是把水能資源豐富的西部省區(qū)的水能轉(zhuǎn)化成電力資源，然后輸送到電力緊缺的東部沿海地區(qū)。然而，大家不知道的是，在西電東送的過程中電力的損耗是相當驚人的。即便是我們研發(fā)、使用了最先進的特高壓直流輸電技術，電力損耗仍然在6%左右。僅南方電網(wǎng)2022 年“西電東送”的電量就高達2 156 億千瓦時，全國所有電網(wǎng)的損耗該是多么巨大的數(shù)字。

2021 年12 月，國家電網(wǎng)在上海建設的35 千伏公里級超導電纜示范工程投入運行，這是目前全球距離最長、輸送容量最大、接頭數(shù)量最多的全商業(yè)化運行超導輸電工程。雖然它的長度僅1.2 千米，但在直流輸電中，它的電網(wǎng)線損能可降低70%以上。

高溫超導輸電是在-196 ℃的液氮環(huán)境中，利用超導材料的超導特性來實現(xiàn)零損耗大容量輸電。但是，目前實現(xiàn)的千米級超導輸電，對于線路長度超過2 000 千米的“西電東送”項目來說，不過是“萬里長征邁出了第一步”。

如果室溫常壓超導材料被應用到長途輸電中，那么不但工藝簡單、架設方便，更能極大減少電力傳輸中的損耗。以南方電網(wǎng)2022 年“西電東送”的電量來計算，假設室溫常壓超導輸電的損耗能降低到1%左右，則可將電力損耗減少至僅有21 億千瓦時。

室溫常壓超導材料的應用領域非常廣泛，比如應用到芯片上，就能解決芯片發(fā)熱的問題，從而提高計算速度；應用到核聚變中，就能更為穩(wěn)定、高效地控制核聚變反應……隨著科學技術的不斷發(fā)展，相信我們一定能夠找到并制造出適用的室溫超導材料。