趙　利　崔新華

艱難發(fā)現(xiàn)的こ導材料

今天，“超導”這個概念越來越多地走入人們的視野。超導磁懸浮列車、超導船、超導量子干涉器……相繼問世。那么，究竟什么是超導體呢?

通常，物體或材料按其導電性能分為導體、半導體和絕緣體。所謂超導體是指那些在外界溫度降低至某一特定數(shù)值時，其電阻和體內磁感應強度都突然變?yōu)榱愕膶w，超導體的發(fā)現(xiàn)，使無損耗輸電成為可能。

一個世紀來，超導體的研究使4位科學家先后獲諾貝爾獎。1911年荷蘭萊頓大學實驗物理學教授卡麥林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞的電阻在接近絕對零度的低溫時急劇下降以致完全消失，并在1913年一篇論文中首次提到“超導電性”一詞。由于這一成就，昂尼斯獲1913年諾貝爾物理學獎。

1933年，德國物理學家邁斯納等人又發(fā)現(xiàn)，超導材料的溫度低于臨界溫度而進入超導態(tài)之后，其體內的磁感應強度總是零。這種現(xiàn)象稱為“邁斯納效應”。1962年英國劍橋大學研究生約瑟夫森提出，夾有薄絕緣層的兩塊超導體之間，即使不加電壓也可通過一定數(shù)值的直流隧道電流。這一現(xiàn)象稱為“約瑟夫森效應”。他也因此獲得1973年度諾貝爾物理獎。

1986年，德國物理學家柏諾茲和瑞士物理學家繆勒發(fā)現(xiàn)一種氧化物材料，其超導轉變溫度比已往的超導材料高出12℃。這一發(fā)現(xiàn)導致超導研究的重大突破，柏諾茲和繆勒也因此獲1987年度諾貝爾物理獎。

超導技術是物理學的一項重大成就。超導技術的日益成熟及其在軍事上的廣泛運用，將使21世紀戰(zhàn)場更加異彩紛呈。

前景廣闊的超導兵器

超導技術應用收效最快的是超導電動機和發(fā)電機，其特點是體積小、重量輕、能耗小、效率高，可用作艦船、坦克、飛機的推進系統(tǒng)。

超導艦艇20世紀70年代以來，美、英、日等國積極開展超導技術在海軍艦艇方面應用的研究，并已初見成效。美國試制了5.5兆瓦的超導驅動系統(tǒng)，英國研制了480千瓦的超導電磁力推進裝置，日本已制成了超導船?，F(xiàn)在國際上已有3艘超導電磁推進船試驗成功。超導電磁力推進裝置是按照電磁原理設計的。在艦艇上安裝電磁鐵，在磁場和電流的相互作用下，海水向后運動。在海水的反作用力下，艦艇將獲得向前的推力。超導艦艇既不需要發(fā)動機，也不需螺旋槳，能有效地消除噪音、降低紅外輻射，從而大大提高生存能力和快速機動的突防能力。

超導飛機設計制造大功率、小體積的發(fā)動機，對提高飛機的作戰(zhàn)性能起到至關重要的作用。磁流體發(fā)電是一種高效發(fā)電方式，隨著超導技術的不斷突破，為大容量、小型化磁流體發(fā)電機的研制提供了條件。這種超導發(fā)電機實用化后，飛機可用它作能源，為空中指揮所和預警飛機的大型雷達、大型計算機、各種通信設備等非常耗電的裝備提供動力。預計這種機載大功率超導發(fā)電機將是超導技術在軍事上最先得到應用的項目之一。

超導坦克最近，美國陸軍設想了一種外廓尺寸和MI坦克相似的超導坦克，即電磁坦克。這種坦克為無炮塔式結構，戰(zhàn)斗全重45噸，主要武器為105毫米電磁炮，彈丸基數(shù)為80發(fā)，裝彈采有自動裝置，電磁炮的電源由6臺超導線圈制成的單極發(fā)動機提供，車體中部的兩側為液氮容器，盛有冷卻超導電感線圈的液氮。高溫超導體的出現(xiàn)，也給坦克的高技術化開辟了一條途徑。電磁炮的應用，必將使陸戰(zhàn)王如虎添翼。

快速高效的超導通信

利用超導材料“約瑟夫森效應”制成的儀器設備，具有靈敏度高、噪聲低、響應速度快和能耗小等特點，在軍事偵察、通信、電子對抗和指揮等方面，都大有用武之地。

超導有線電通信利用超導電線可以實現(xiàn)遠距離、大容量通信。研究試驗表明，超導電線傳輸信息的速度，比光纖系統(tǒng)快得多，可以傳輸幾萬億分之一秒的脈沖。科學家們預言，未來高溫超導的遠距離通信的容量將比光纜大幾百倍，能夠每秒傳輸相當于1000部大英百科全書的信息量。同時，超導電線因為無損耗，可以省去每3～4千米就要設置的放大器。

超導無線電通信利用超導材料制作無線電發(fā)射機和接收機，不僅靈敏度高、帶寬寬，而且可減小天線的尺寸和重量，提高系統(tǒng)的生存能力。英國伯明翰大學制成的世界上第一臺超導無線電發(fā)射機，其發(fā)射距離與常規(guī)發(fā)射機相比增大10倍。超導材料也是制造通信衛(wèi)星的理想材料，它可以提高信息處理速度，并可使頻率響應時間縮短一半。利用超導材料制造衛(wèi)星天線，其效率可提高90%。

指揮和控制現(xiàn)代軍事指揮和武器控制，需要高速地處理大量信息。采用具有零電阻特性的超導材料制作計算機，由于功能耗減小，電路產生的熱量可忽略不計，運算速度大大提高，而且體積和重量可大幅減小。日本富士通公司研制成功的4位超導微處理機，與采用砷化鎵技術的同類處理機相比，速度快10倍，功耗只有后者的1/500。據(jù)稱，若采用超導材料制作計算機，目前的億次巨型計算機可制成只有微型個人計算機那么大。這種微型高速計算機的應用，必將大大提高軍事指揮效率，同時也可提高武器制導系統(tǒng)的性能。

高度靈敏的超導探測

利用超導技術的探測器件，由于對磁場和電磁輻射極其敏感，其靈敏度比常規(guī)探測器件高上千倍，是軍事遙感偵察的理想設備。正是研制的主要有天基凝視紅外焦面陣列探測器、微波和毫米波探測器、磁探測器等。超導探測器不僅尺寸小、重量輕、作用距離遠、探測靈敏度高，而且具備一般可見光和紅外探測系統(tǒng)所不具備的全天侯以及穿透煙云的探測能力，并能提供對低特征目標的控測能力，可廣泛應用于相控陣天線、反潛武器和水雷探測。

據(jù)悉，新一代超導雷達也正在研制中。其天線、發(fā)射機、收信機、穩(wěn)頻源、信號模擬器、濾波器等電子器件全部是采用高溫超導材料制作而成的，具有低功耗、低噪聲、寬頻帶、高靈敏度、高可靠性以及體積小、重量輕等優(yōu)點。試驗表明，用于雷達系統(tǒng)的超導電子器件，可使雷達頻譜擴展166倍，作用距離提高一個數(shù)量級，而且可探測于微弱的信號。

展望未來，隨著超導技術的進一步發(fā)展、超導材料的新突破，超導家族還會有更新更多的武器脫穎而出。它們在未來的戰(zhàn)場上將大顯神威?！?/p>

(原載《中國國防報》)