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文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2023-09-12 09:50:28【 】
你知道氦在超导体领域的应用原理吗?

高纯氦气




在全球范围内,氦气最重要的应用是用于低温冷却系统。这是因为氦气只有在零

下摄氏268.9度以下才能变成液体,而这个温度足够来冷却任何物质。正因为这

个原因,氦气经常被用作超导装置的辅助工具。



超导是指电流在流动过程中没有任何阻力。简单来说,就是电流能够自由流动而

不受到阻碍。如果电流在物质内流动,那么将永远保持持续流动,并且不会发生

能量损耗。可以预见,未来必将是超导技术对我们的电力系统产生革命性的改变。

超导现象只能在极低温的条件下发生,一种解决方法是利用液态氦气。



在极低的温度下,液态氦使各种物质表现出独特的性质。这使我们得以建立一门

全新的学科,叫做低温电子学。在过去几十年中,科学家们发现了一系列金属

(如水银)和合金,它们可以使用液态氦作为冷却剂。当这些合金被冷却到极低

温度时,它们会表现出电阻的消失现象,被称为超导性。被称为超导体的是拥有

超导特性的物质。还发现,某些半导体(如锗)用液态氦冷却至极低的温度,虽

不会变成超导体,但若同时给它加上一定大小的电压,电流也可以几乎无阻地通

过,即形成所谓的击穿。



学术界利用超导体和在极低温下可被击穿的半导体,制造了许多复杂的电子元件,

广泛应用于各种电子设备。这种元件的尺寸非常小,可以与人类身体的神经元相

媲美,并且具有非常出色的性能。通过这样的方法,我们可以制造出许多令人难

以言喻的装置,比如:即使断电也能保持磁性的强大电磁铁、完全没有摩擦的陀

螺仪、可以看见原子的电子显微镜等。



但冷却到摄氏零下268度,氦气也可以变成氦水——又称液态氦;继续冷却到零下

272.2度,还可以使氦气变成氦冰——又称固态氦。利用液态氦可得到接近绝对零

度(即摄氏零下273.16度)的超低温。



超低温技术对低温物理、原子核物理和理论物理研究都具有重要的应用价值。例如

世界上很多用于研究物质结构的大型粒子加速器,都采用液态氦冷却其超导磁铁;

天文学家也利用液态氦来冷却许多探测仪器,以避免热噪声的干扰,进而更容易、

更准确地接收来自遥远星系的讯息。



自从氦气被发现以来,它在许多方面为人们提供服务,所以有人形容氦气是一种勤

劳的单身汉。虽是如此,今后氦气肯定会为未来人类世界做出更大的贡献。

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