您知道液態(tài)氦在超導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用原理嗎？
- 發(fā)布時間：2022-12-12
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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)。這是因為氦氣可在攝氏零下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，就是電流流動時不具抗力。如此一來，一旦電流在整個物質(zhì)內(nèi)流動，將會永遠不停地流動，且不會有能量的損耗。可以想見，未來總有一天超導(dǎo)會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這些合金就會失去電阻，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，雖不會變成超導(dǎo)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(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)氦可得到接近絕對零度（即攝氏零下273.16度）的超低溫。
這種超低溫技術(shù)對于低溫物理、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)氦來冷卻許多探測儀器，以避免熱噪聲的干擾，進而更容易、更準(zhǔn)確地接收來自遙遠星系的訊息。
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帶有勞碌命性格的單身漢氣體。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。
