赵　利　崔新华

艰难发现的こ导材料

今天，“超导”这个概念越来越多地走入人们的视野。超导磁悬浮列车、超导船、超导量子干涉器……相继问世。那么，究竟什么是超导体呢?

通常，物体或材料按其导电性能分为导体、半导体和绝缘体。所谓超导体是指那些在外界温度降低至某一特定数值时，其电阻和体内磁感应强度都突然变为零的导体，超导体的发现，使无损耗输电成为可能。

一个世纪来，超导体的研究使4位科学家先后获诺贝尔奖。1911年荷兰莱顿大学实验物理学教授卡麦林·昂尼斯发现汞的电阻在接近绝对零度的低温时急剧下降以致完全消失，并在1913年一篇论文中首次提到“超导电性”一词。由于这一成就，昂尼斯获1913年诺贝尔物理学奖。

1933年，德国物理学家迈斯纳等人又发现，超导材料的温度低于临界温度而进入超导态之后，其体内的磁感应强度总是零。这种现象称为“迈斯纳效应”。1962年英国剑桥大学研究生约瑟夫森提出，夹有薄绝缘层的两块超导体之间，即使不加电压也可通过一定数值的直流隧道电流。这一现象称为“约瑟夫森效应”。他也因此获得1973年度诺贝尔物理奖。

1986年，德国物理学家柏诺兹和瑞士物理学家缪勒发现一种氧化物材料，其超导转变温度比已往的超导材料高出12℃。这一发现导致超导研究的重大突破，柏诺兹和缪勒也因此获1987年度诺贝尔物理奖。

超导技术是物理学的一项重大成就。超导技术的日益成熟及其在军事上的广泛运用，将使21世纪战场更加异彩纷呈。

前景广阔的超导兵器

超导技术应用收效最快的是超导电动机和发电机，其特点是体积小、重量轻、能耗小、效率高，可用作舰船、坦克、飞机的推进系统。

超导舰艇20世纪70年代以来，美、英、日等国积极开展超导技术在海军舰艇方面应用的研究，并已初见成效。美国试制了5.5兆瓦的超导驱动系统，英国研制了480千瓦的超导电磁力推进装置，日本已制成了超导船。现在国际上已有3艘超导电磁推进船试验成功。超导电磁力推进装置是按照电磁原理设计的。在舰艇上安装电磁铁，在磁场和电流的相互作用下，海水向后运动。在海水的反作用力下，舰艇将获得向前的推力。超导舰艇既不需要发动机，也不需螺旋桨，能有效地消除噪音、降低红外辐射，从而大大提高生存能力和快速机动的突防能力。

超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机，对提高飞机的作战性能起到至关重要的作用。磁流体发电是一种高效发电方式，随着超导技术的不断突破，为大容量、小型化磁流体发电机的研制提供了条件。这种超导发电机实用化后，飞机可用它作能源，为空中指挥所和预警飞机的大型雷达、大型计算机、各种通信设备等非常耗电的装备提供动力。预计这种机载大功率超导发电机将是超导技术在军事上最先得到应用的项目之一。

超导坦克最近，美国陆军设想了一种外廓尺寸和MI坦克相似的超导坦克，即电磁坦克。这种坦克为无炮塔式结构，战斗全重45吨，主要武器为105毫米电磁炮，弹丸基数为80发，装弹采有自动装置，电磁炮的电源由6台超导线圈制成的单极发动机提供，车体中部的两侧为液氮容器，盛有冷却超导电感线圈的液氮。高温超导体的出现，也给坦克的高技术化开辟了一条途径。电磁炮的应用，必将使陆战王如虎添翼。

快速高效的超导通信

利用超导材料“约瑟夫森效应”制成的仪器设备，具有灵敏度高、噪声低、响应速度快和能耗小等特点，在军事侦察、通信、电子对抗和指挥等方面，都大有用武之地。

超导有线电通信利用超导电线可以实现远距离、大容量通信。研究试验表明，超导电线传输信息的速度，比光纤系统快得多，可以传输几万亿分之一秒的脉冲。科学家们预言，未来高温超导的远距离通信的容量将比光缆大几百倍，能够每秒传输相当于1000部大英百科全书的信息量。同时，超导电线因为无损耗，可以省去每3～4千米就要设置的放大器。

超导无线电通信利用超导材料制作无线电发射机和接收机，不仅灵敏度高、带宽宽，而且可减小天线的尺寸和重量，提高系统的生存能力。英国伯明翰大学制成的世界上第一台超导无线电发射机，其发射距离与常规发射机相比增大10倍。超导材料也是制造通信卫星的理想材料，它可以提高信息处理速度，并可使频率响应时间缩短一半。利用超导材料制造卫星天线，其效率可提高90%。

指挥和控制现代军事指挥和武器控制，需要高速地处理大量信息。采用具有零电阻特性的超导材料制作计算机，由于功能耗减小，电路产生的热量可忽略不计，运算速度大大提高，而且体积和重量可大幅减小。日本富士通公司研制成功的4位超导微处理机，与采用砷化镓技术的同类处理机相比，速度快10倍，功耗只有后者的1/500。据称，若采用超导材料制作计算机，目前的亿次巨型计算机可制成只有微型个人计算机那么大。这种微型高速计算机的应用，必将大大提高军事指挥效率，同时也可提高武器制导系统的性能。

高度灵敏的超导探测

利用超导技术的探测器件，由于对磁场和电磁辐射极其敏感，其灵敏度比常规探测器件高上千倍，是军事遥感侦察的理想设备。正是研制的主要有天基凝视红外焦面阵列探测器、微波和毫米波探测器、磁探测器等。超导探测器不仅尺寸小、重量轻、作用距离远、探测灵敏度高，而且具备一般可见光和红外探测系统所不具备的全天侯以及穿透烟云的探测能力，并能提供对低特征目标的控测能力，可广泛应用于相控阵天线、反潜武器和水雷探测。

据悉，新一代超导雷达也正在研制中。其天线、发射机、收信机、稳频源、信号模拟器、滤波器等电子器件全部是采用高温超导材料制作而成的，具有低功耗、低噪声、宽频带、高灵敏度、高可靠性以及体积小、重量轻等优点。试验表明，用于雷达系统的超导电子器件，可使雷达频谱扩展166倍，作用距离提高一个数量级，而且可探测于微弱的信号。

展望未来，随着超导技术的进一步发展、超导材料的新突破，超导家族还会有更新更多的武器脱颖而出。它们在未来的战场上将大显神威。△

(原载《中国国防报》)