互动科普

2015年8月5日，丰田汽车公司发布了一段视频。在视频中出现了一款好像滑板的产品，浮在空中不停地冒着蒸汽。这个悬浮滑板再现了《回到未来》科幻系列电影中的那个滑板，而其使用的材料正是超导体。

令人遗憾的是，这一款滑板并不能像电影中那样自由地移动，实际上它的下面埋着强力磁铁组成的轨道，悬浮滑板只能沿着轨道的方向前进。

                                             上图是雷克萨斯公司制作的Haverboard超导悬浮滑板。为了保持超导态，滑板内充入了-196℃的液氮。滑道上埋设了强力磁铁组成的轨道，超导状态下的悬浮滑板就能保持浮在磁铁轨道上滑动。这款滑板是完全为了宣传而开发的，没有在市场发售的计划。

超导的一些应用

所谓超导，是指当温度下降到某个数值以后，物质内所含的电子的状态发生转变，电阻变成零的一种现象。它有一些很特别的性质，比如经过液氦或者液氮等充分冷却过的超导体能够漂浮在强力磁铁的上方。利用这种其他物质所没有的特征，超导体开始被应用到各个领域。

说起超导，最大的应用就是由超导体制作的超导电磁铁。虽然电很容易在铜等金属中传导，但电流流过时一定会有电阻产生。因此，电流的流动必然会产生热能损失。而超导体的电阻为零，所以无论有多少电流流过都不会有热能损失，无论多大的电流都可以在超导体中半永久性地维持下去。正是这样，在线圈状的超导体中可以有较大的电流，能做成非常强力的电磁铁。

在医院里做断层扫描照相用的“磁共振成像”(MRI）中就使用了很多超导电磁铁。另外，在瑞士日内瓦郊外，以发现希格斯粒子而闻名的大型粒子对撞机LHC中，也大量地使用超导电磁铁。

目前说起超导体的使用，还仅限于医院、大学等研究机构的仪器设备，像悬浮滑板这样我们容易接触到的东西，好像还没有更多的例子。

超导磁悬浮列车使用了超导体

日本东海旅客铁道（JR东海）力争在2027年开通的中央新干线将是超导磁悬浮列车，这可能是超导在我们身边应用的一个典型例子。

按照现在的计划，中央新干线将运行在品川到名古屋之间，最高时速500公里，只要40分钟就能走完现在的新干线需要1小时30分钟的路程。之后将于2045年从名古屋延伸到大阪。原来从品川到大阪两个小时的车程将会缩短到1个小时。这条超高速铁路正是利用了超导体。

车厢上搭载了强力的超导电磁铁

在列车上超导体使用在什么地方呢？日铁东海开发的超导列车上使用的超导体是铌钛合金，用这种合金做成线圈，搭载在列车车厢的侧面。铌钛合金变成超导体的温度（转变温度）为绝对温度10K（大约-263℃）。因此，为了维持超导的状态，必须使用4.2K（大约-269℃）的液氦不停地冷却。

目前正在研究能在100K（大约-173℃）使用的超导线圈的材料。如果能够使用高温下即可变为超导态的物质，那么就可以使用制冷机冷却超导体了。

在列车运行时，线圈状的超导体中有巨大的电流流过。此时线圈部分就是一个强力的电磁铁，它与外部设置的电磁铁之间产生力的作用。利用这个力，超导列车在脱离地面10厘米左右的高度上运行。

日本东海旅客铁道开发的超导磁悬浮列车（linear motor）。利用超导电磁铁，车辆是浮离地面行走的。2015年4月，它创造了载人运行的世界最快纪录，速度为603千米/小时。

（本文发表于《科学世界》2016年3期）