室溫超導將怎樣改變我們的生活

○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“復現潮”。那么，如果室溫超導材料真的被發現，會對我們的生活產生哪些影響呢？

室溫常壓

韓國科學家聲稱實現的室溫超導，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的超導現象。

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 ℃以上溫度中實現超導現象的物體。

注意，這里我們還忽略了一個環境壓力的問題。目前科學家們已經發現了一種叫“層狀釔-鈀-氫”的材料，能夠在-10 ℃的環境中、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，如果能夠發現一種在常溫常壓下具有超導表現的材料，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現，當其低于一定溫度時，電阻突然消失，出現超導特性。由于沒有了電阻，電流在此物體中傳導就不會產生其他的損耗，比如發熱等。

所謂完全抗磁性，是指超導體內部的磁感應強度為零。以現在的高溫（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，當溫度降低到它產生超導特性，成為超導體的時候，由于它的內部不允許有任何磁場，所以必然產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”，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象制成的一種用于醫學檢查的成像設備，目前在我國二級以上醫院一般都有配備。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？

那是因為醫院使用的核磁共振波譜儀需要經常添加液氦、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部液氦的揮發速度。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定、更為持久，也更強的磁場，從而使得核磁共振成像的質量和分辨率更高。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，目前絕大多數磁懸浮列車線路都是處于虧損狀態，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的水能轉化成電力資源，然后輸送到電力緊缺的東部沿海地區。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、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2022 年“西電東送”的電量就高達2 156 億千瓦時，全國所有電網的損耗該是多么巨大的數字。

2021 年12 月，國家電網在上海建設的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、接頭數量最多的全商業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，它的電網線損能可降低70%以上。

高溫超導輸電是在-196 ℃的液氮環境中，利用超導材料的超導特性來實現零損耗大容量輸電。但是，目前實現的千米級超導輸電，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，就能解決芯片發熱的問題，從而提高計算速度；應用到核聚變中，就能更為穩定、高效地控制核聚變反應……隨著科學技術的不斷發展，相信我們一定能夠找到并制造出適用的室溫超導材料。