第三章第三节高温超导技术
艰难的探索
超导现象的发现也并不是偶然的，它是人类长期艰苦探索的结果。
1891年，路易·加莱泰在法国、拉乌尔·皮克泰在瑞士成功地使微量的“永久气体”——氮
、空气和氢液化。俄国的乌罗勃列夫斯基在格拉斯科进行实验，成功地得到一定量的液体
空气。他发现纯金属的电阻率与温度的关系有些奇特：看上去好像是在绝对温度零度附近其
电阻会完全消失。
第二年，英格兰的詹姆斯·杜瓦发明了以他的名字命名的真空绝缘镀银玻璃容器。利用这容
器他获得了可供做实验用的液态氢，并且将温度进一步降低。在这一温度下，他发现金属的
电阻并没有消失，只是电阻已不随温度而改变罢了。
在威廉·拉姆齐发现地球上有氦之后不到20年，即1908年，坎默林·昂尼斯又成功地使之液
化。液态氦使实验室实验的温度降低了一个数量级。3 年以后，坎默林·昂尼斯及其学生霍
尔斯特又发现，当在液态氦中冷却汞时，试样的电阻在临界温度时会突然消失，但在进一步
的实验中，感应产生的持久电流仍没有明显的衰减。
继昂尼斯之后，1933年，柏林麦斯纳的超导实验室又有一重大发现，即所谓麦斯纳效应。
1957年，依利诺伊大学的巴丁、库柏和施里弗提出了一个理论，后来称之为 BCS理论(取自
三人姓名的字头)，该理论较好地解释了超导现象。
后来，吉埃弗观察到电子在超导体之间的隧道现象，即电子从一个超导体穿过薄绝缘层到达
另一超导体；随后，英国的约瑟夫逊推测 BCS理论提到的库柏对也可通过薄绝缘层，这个预
言很快被贝尔实验室所证实。
1957年，前苏联物理学家阿伯里柯索夫就预言，一定存在着具有更好性能的新超导体材料，
这些材料即使处在很高的磁场中也能实现超导化，磁通线可以穿透材料，但磁通线之间的
区域将没有电阻地携带着电流。阿伯里柯索夫称之为第Ⅱ类的超导体材料，为开发商品化的
超导磁体提供了理论基础。
1960年，昆茨勒和他的同事在贝尔实验室的试验中发现一组超导化合物和合金(
第Ⅱ类超导体)，它们可以携带极高的电流，而且在强磁场中仍具有超导性，使人们又重新
恢复对超导磁体和超导强电部件的浓厚兴趣。
高温超导的应用
高温超导的应用大多是低温超导应用的延伸，即当前已实用的或可预见年份实用的低温
超导设备与器件中的低温超导材料用高温超导材料替代，以降低成本，扩大超导的应用范围
。但高温超导应用遇到的问题较多，现在仍是物理学前沿阵地的富有挑战性的研究课题。
目前，世界上超导体工业仍属于小的工业部门，但超导器件往往是大系统的某些重要部件。
1988年，超导器件年销售额达 4亿美元，全部超导产品的世界市场超过10亿美元，到2000年
接近30亿美元。
美国的一家公司正在制造磁特性测量系统，可用于实验室进行高级超导性研究。该设备几乎
是无竞争地进入市场，并有一定的储备产品。该公司制造了一台锈蚀探测仪，可探测出由于
金属氧化的化学反应而引起的微小的磁场变化，用于铁桥和管道等锈蚀诊断。
粒子加速器是高能物理研究的重要设备，美国费米实验室的粒子加速器原设计使用常规磁体
，后来用超导磁体替换，使加速器功率加大 1倍，且能耗骤减。它共使用900块磁体，每块
重1吨左右，磁体是由铌钛扁平电缆制成的。这些磁体在 5年内提供了1 500万美元的市场。
而美国的SSC工程则是更大型的粒子加速器，它包括1万块铌钛超导磁体，每块长50英寸左右
。这些磁体为磁体供应商提供了10亿美元的市场。《技术商情》杂志1988年 1月列出了世界
范围从事超导研究与销售的48家主要公司的名单及其主要活动：美国31家，欧洲6家(其中英
国4家，瑞典1家，德国1家)，日本11家，显然这些厂家都是从低温超导产品研究与生产销售
起步的，超导商品市场的占有者将超导的实验室成果，以最快速度实现实用化和商业化，并
最大限度地占领市场，这是超导业竞争的焦点。
在1987年寻找高温超导材料的竞赛时，中国与上述 3个集团是并驾齐驱的，甚至还相当
突出。可是，高温超导体出现后，由于竞争的焦点是商品化及占领未来市场，中国就略显逊
色。激烈的竞争仍在上述 3个集团之间展开，尤以美国和日本竞争最为激烈。
1987年新高温超导体发现几个月后，美国联邦机构就将1987年度的基金从其他研究与开发领
域中抽出4 500万美元用于从事高温超导体研究。1987年4月(高温超导体发现后仅2个月)，
美国总统里根发布命令，要求各联邦实验室把研究所的技术迅速转让给私营企业，并鼓励政
府、大学和工业界进行合作研究，旨在加速科学技术的商业化速度。与此同时，美国国会还
成立了“超导材料商业和国防应用委员会”。
在1988年度，美国联邦署支出将近159亿美元用于超导研究与开发，半数以上(095亿美
元)用于高温超导材料，其余用于低温超导材料。1988年预算超过1987年的89%，1989年预算
超过1988年的58%，增长幅度相当高。
超导技术巨大的冲击
自从高温超导体发现以后，超导技术对当今的社会和产业产生了巨大的冲击，科学技术界对
超导技术发展的前景表达了各种各样的见解，特别是对超导应用从技术和经济分析方面进行
了估价与预测。
大多数专家，特别是超导专家对超导将引起未来社会与产业的变化持乐观态度，认为“超导
引起的产业革命即将到来，这与半导体带来的影响相同，大概会引起至今没看到过的产业革
命”。也有专家们从技术与经济可行性角度出发，对超导技术应用的实现同时持慎重态度，
特别对超导在能源与运输设备上的应用(强电或强磁)实现时间的估计，大多数认为是21世纪
的事情。个别专家认为：“半导体从二接头二极管发展到三接头的晶体管用40年时间，超导
也许要经过很长的时间才能实用，但应用实现时影响是很大的。”超高速的超导计算机实用
化的时间可能比能源与运输设备还要晚。总的来说，大多数超导弱电、弱磁应用实现时间要
比强电、强磁早。
尽管人们对超导有各种看法，但学术界从未在研究的道路上畏缩不前。各国政府，特别是发
达国家的政府，对超导研究极力支持，给以大量投资，这些国家有实力的公司对研究成果迅
速引进，迅速转变为生产力，这些都有利于超导技术的发展。这也说明，政府、企业与超导
专家、研究者，在对超导将起的作用的看法方面取得了共识。超导在21世纪必将占有重要地
位。
