第三百七十七章 新一代载人航天项目(第3页)
最终,在国庆假期的最后一天,高层决策通过了庞学林提出的电磁轨道航天发射系统的项目计划。
这个计划的名字被命名为中国新一代载人航天项目,庞学林成为了该项目的总指挥。
只不过这个计划的出炉,显得有些无声无息,非但媒体上没有任何报道,就连在内部,也处于绝对保密阶段。
按照庞学林的计划,这个项目短期内主要进行相关理论和技术的突破,然后根据技术突破的进展,分批拨付相关经费。
于是在计划启动的第一天,第一批一百亿RMB的科研资金直接打到了钱塘实验室内。
好不容易等这些工作全部忙完,庞学林才专门抽出两天时间,陪姚冰夏在京城周边好好玩了一圈,这才搭乘专机返回江城。
回到江城的第一时间,庞学林直接找来飞刃材料项目组全体成员,就飞刃材料的升级改造方案重新过了一遍,然后要求项目组与新凯材料有限公司对接,尽快实现飞刃材料量产。
直到这时,庞学林才开始有时间将注意力放在常温超导的研究上。
事实上,在庞学林从黑暗森林世界获得的奖励中,并不存在常温超导的相关技术。
当初在黑暗森林世界,维德他们之所以搞出了那条长达二十多公里的超级电磁弹射轨道,完全是不计成本堆资源堆出来的。
单单用于维持超导效应的铌钛合金以及液氦,就耗费了数万亿美金。
在现实世界,庞学林根本不可能这么做。
因此,他必须另辟蹊径,寻找到具备普遍意义的超导体物理学机制。
所谓超导体,指的是在某一温度下,电阻为零的导体。
超导体的发现与低温研究密不可分。在18世纪,由于低温技术的限制,人们认为存在不能被液化的“永久气体”,如氢气、氦气等。
1898年,英国物理学家杜瓦制得液氢。
1908年,荷兰莱顿大学莱顿低温实验室的卡末林·昂内斯教授成功将最后一种“永久气体”——氦气液化,并通过降低液氦蒸汽压的方法,获得1.15-4.25K的低温。
低温研究的突破,为超导体的发现奠定了基础。
在十九世纪末二十世纪初的物理学界,对金属的电阻在绝对零度附近的变化情况,有不同的说法。
一种观点认为纯金属的电阻应随温度的降低而降低,并在绝对零度时消失。
另一种观点,以威廉·汤姆逊(开尔文男爵)为代表,认为随着温度的降低,金属的电阻在达到一极小值后,会由于电子凝聚到金属原子上而变为无限大。
1911年2月,掌握了液氦和低温技术的卡末林·昂尼斯发现,在4.3K以下,铂的电阻保持为一常数,而不是通过一极小值后再增大。因此卡末林·昂尼斯认为纯铂的电阻应在液氦温度下消失。
为了验证这种猜想,卡末林·昂尼斯选择了更容易提纯的汞作为实验对象。
首先,卡末林·昂尼斯将汞冷却到零下40℃,使汞凝固成线状;然后利用液氦将温度降低至4.2K附近,并在汞线两端施加电压;当温度稍低于4.2K时,汞的电阻突然消失,表现出超导状态。
后来,经过众多科学家的研究,发现超导体具有三个基本特性:完全电导性、完全抗磁性、通量量子化。
所谓完全导电性,又称零电阻效应,指温度降低至某一温度以下,电阻突然消失的现象。
完全导电性适用于直流电,超导体在处于交变电流或交变磁场的情况下,会出现交流损耗,且频率越高,损耗越大。
交流损耗是超导体实际应用中需要解决的一个重要问题,在宏观上,交流损耗由超导材料内部产生的感应电场与感生电流密度不同引起;在微观上,交流损耗由量子化磁通线粘滞运动引起。
交流损耗是表征超导材料性能的一个重要参数,如果交流损耗能够降低,则可以降低超导装置的制冷费用,提高运行的稳定性。
第二,完全抗磁性,又称迈斯纳效应,“抗磁性”指在磁场强度低于临界值的情况下,磁力线无法穿过超导体,超导体内部磁场为零的现象,“完全”指降低温度达到超导态、施加磁场两项操作的顺序可以颠倒。
完全抗磁性的原因是,超导体表面能够产生一个无损耗的抗磁超导电流,这一电流产生的磁场,抵消了超导体内部的磁场。
超导体电阻为零的特性为人们所熟知,但超导体并不等同于理想导体。
从电磁理论出发,可以推导出如下结论:若先将理想导体冷却至低温,再置于磁场中,理想导体内部磁场为零;但若先将理想导体置于磁场中,再冷却至低温,理想导体内部磁场不为零。
对于超导体而言,降低温度达到超导态、施加磁场这两种操作,无论其顺序如何,超导体超导体内部磁场始终为零,这是完全抗磁性的核心,也是超导体区别于理想导体的关键。
第三,通量量子化效应,又称约瑟夫森效应,指当两层超导体之间的绝缘层薄至原子尺寸时,电子对可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象,即在超导体—绝缘体—超导体结构可以产生超导电流。
约瑟夫森效应分为直流约瑟夫森效应和交流约瑟夫森效应。
直流约瑟夫森效应指电子对可以通过绝缘层形成超导电流。
交流约瑟夫森效应指当外加直流电压达到一定程度时,除存在直流超导电流外,还存在交流电流,将超导体放在磁场中,磁场透入绝缘层,超导结的最大超导电流随外磁场大小作有规律的变化。
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