逍遥学能 2018-10-14 14:05
美国休斯敦大学物理学家日前报告称，发现被普遍接受的关于超导体如何捕捉并保持磁场的理解存在重要理论缺陷。50多年前，通用电气公司的科学家C.P. Bean提出了一种被称为“比恩模型”或者“临界态模型”的理论解释。
超导体的基本属性在于其对电路表现出零电阻。在某种程度上，它们和阻挡电流并因此将能量转换成热量的烤箱是相对的。超导体的能耗为零，并且能在很长一段时间内将能量储存起来。其中，那些储存磁能的超导体又被称为“捕获场磁体”（TFM），能表现得像磁体一样。
在美国物理联合会下属《应用物理学杂志》上，研究人员描述了同临界态模型结果存在重大偏差的实验。他们揭示了出乎意料且有利于实际应用的新行为，包括通过各种新方法利用TMF的可能性。
通常，基于磁体的设备性能随着磁体强度的增加而提升，最高可达到平方量级的提升。换句话说，如果一块磁体的强度增加了25倍，该设备的性能会提高25～625倍。
很明显，TFM激起了人们的兴趣，但它们的使用在很大程度上受到将磁场转变成超导体这一挑战的掣肘。“一个更容易处理的问题是将超导体冷却到能显示超导性所需要的低温。”休斯敦大学物理学名誉教授和研究教授、最新研究第一作者Roy Weinstein解释说。
如今被广泛使用的方法是在超导体被冷却后，通过脉冲场磁体将磁场施加到超导体上。比恩的模型预测，为将尽可能多的磁场推进超导体，脉冲场的强度至少是由此产生的TFM磁场的两倍，更通常的情况是超过3.2倍。迄今为止开展的实验也证实了这一点。
不过，这严重限制了TFM的应用。“产生超过12特斯拉的磁场是非常困难且昂贵的。”Weinstein说：“如果比恩的理论成立，这种花费和实用性上的障碍将把应用于产品中的TFM限制在3.75特斯拉这一典型最大值以内。”
最新研究发现，对于磁脉冲的某些限制，比恩的模型缺乏根据，同时一个显著不同的磁场空间分布出现了。“磁场上的大幅增加突然出现，并且是以跳跃的形式，而比恩模型预测的是一种稳定、缓慢的增加。”Weinstein表示，所有这种新的意外行为是可重复和可控制的。“最令人鼓舞的是，现在我们能利用强度和TFM相当的脉冲产生完全强度的TFM。”