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你知道武漢氦在超導體領域的應用原理嗎?
創建時間:2024-01-25  ?瀏覽量:0

氦氣主圖


在全球范圍內,氦氣最重要的應用是用于低溫冷卻系統。這是因為氦氣只有在零下攝氏268.9度以下才能變成液體,而這個溫度足夠來冷卻任何物質。正因為這個原因,氦氣經常被用作超導裝置的輔助工具。超導是指電流在流動過程中沒有任何阻力。簡單來說,就是電流能夠自由流動而不受到阻礙。如果電流在物質內流動,那么將永遠保持持續流動,并且不會發生能量損耗。可以預見,未來必將是超導技術對我們的電力系統產生革命性的改變。超導現象只能在極低溫的條件下發生,一種解決方法是利用液態氦氣。


在極低的溫度下,液態氦使各種物質表現出獨特的性質。這使我們得以建立一門全新的學科,叫做低溫電子學。在過去幾十年中,科學家們發現了一系列金屬(如水銀)和合金,它們可以使用液態氦作為冷卻劑。當這些合金被冷卻到極低溫度時,它們會表現出電阻的消失現象,被稱為超導性。被稱為超導體的是擁有超導特性的物質。還發現,某些半導體(如鍺)用液態氦冷卻至極低的溫度,雖不會變成超導體,但若同時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。


學術界利用超導體和在極低溫下可被擊穿的半導體,制造了許多復雜的電子元件,廣泛應用于各種電子設備。這種元件的尺寸非常小,可以與人類身體的神經元相美,并且具有非常出色的性能。通過這樣的方法,我們可以制造出許多令人難以言喻的裝置,比如:即使斷電也能保持磁性的強大電磁鐵、完全沒有摩擦的陀螺儀、可以看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——又稱液態氦;繼續冷卻到零下272.2度,還可以使氦氣變成氦冰——又稱固態氦。利用液態氦可得到接近絕對零度(即攝氏零下273.16度)的超低溫。


超低溫技術對低溫物理、原子核物理和理論物理研究都具有重要的應用價值。例如世界上很多用于研究物質結構的大型粒子加速器,都采用液態氦冷卻其超導磁鐵;天文學家也利用液態氦來冷卻許多探測儀器,以避免熱噪聲的干擾,進而更容易、更準確地接收來自遙遠星系的訊息。自從氦氣被發現以來,它在許多方面為人們提供服務,所以有人形容氦氣是一種勤勞的單身漢。雖是如此,今后氦氣肯定會為未來人類世界做出更大的貢獻。

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