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您知道液態(tài)氦在超導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用原理嗎?

  • 發(fā)布時(shí)間:2022-12-12
  • 發(fā)布者: 本站
  • 來源: 原創(chuàng)
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氦氣在世界上最重要的應(yīng)用就是使用于低溫冷卻系統(tǒng)。這是因?yàn)楹饪稍跀z氏零下268.9度才液化成液體,這溫度夠冷到把任何物質(zhì)冷卻。也正因如此,氦氣常拿來做超導(dǎo)裝置的輔助工具。


所謂超導(dǎo),簡單地說,就是電流流動(dòng)時(shí)不具抗力。如此一來,一旦電流在整個(gè)物質(zhì)內(nèi)流動(dòng),將會(huì)永遠(yuǎn)不停地流動(dòng),且不會(huì)有能量的損耗??梢韵胍?,未來總有一天超導(dǎo)會(huì)革命性地改變我們的電力系統(tǒng)。問題是超導(dǎo)只出現(xiàn)在非常低溫的情況下,一個(gè)辦法就是使用液態(tài)的氦氣。


在液態(tài)氦的超低溫下,各種物質(zhì)的性質(zhì)變得非常特別。這使我們得以建立一門全新的學(xué)科,叫做低溫電子學(xué)。幾十年以來,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)到一系列的金屬(如水銀)和合金可用液態(tài)氦做為冷卻劑,冷卻至極低的溫度時(shí)這些合金就會(huì)失去電阻,這稱為超導(dǎo)性,有超導(dǎo)性的物體則稱為超導(dǎo)體。還發(fā)現(xiàn),某些半導(dǎo)體(如鍺)用液態(tài)氦冷卻至極低的溫度,雖不會(huì)變成超導(dǎo)體,但若同時(shí)給它加上一定大小的電壓,電流也可以幾乎無阻地通過,即形成所謂的擊穿。


學(xué)者們就利用超導(dǎo)體和在超低溫下可被擊穿的半導(dǎo)體,做成許多精巧的電子元件用在各種電子設(shè)備上。這種元件小至可與人類身體的神經(jīng)元相比,而且性能非常優(yōu)越。這樣使我們可能制成許多妙不可言的裝置,像是:撤去電源仍能永保磁性的強(qiáng)大電磁鐵、完全無摩擦的陀螺儀、看得見原子的電子顯微鏡等。


但冷卻到攝氏零下268度,氦氣也可以變成氦水——又稱液態(tài)氦;繼續(xù)冷卻到零下272.2度,還可以使氦氣變成氦冰——又稱固態(tài)氦。利用液態(tài)氦可得到接近絕對(duì)零度(即攝氏零下273.16度)的超低溫。


這種超低溫技術(shù)對(duì)于低溫物理、原子核物理、理論物理的研究都很有用。例如世界上很多用于研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的大型粒子加速器,都采用液態(tài)氦冷卻其超導(dǎo)磁鐵;天文學(xué)家也利用液態(tài)氦來冷卻許多探測(cè)儀器,以避免熱噪聲的干擾,進(jìn)而更容易、更準(zhǔn)確地接收來自遙遠(yuǎn)星系的訊息。


氦氣自從被發(fā)現(xiàn)以來就這樣多方面為人們服務(wù)著,無怪乎有人形容氦氣是個(gè)帶有勞碌命性格的單身漢氣體。雖是如此,今后氦氣肯定會(huì)為未來人類世界做出更大的貢獻(xiàn)。


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