您知道液態氦在超導體領域的應用原理嗎？
- 發布時間：2022-12-12
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氦氣在世界上最重要的應用就是使用于低溫冷卻系統。這是因為氦氣可在攝氏零下268.9度才液化成液體，這溫度夠冷到把任何物質冷卻。也正因如此，氦氣常拿來做超導裝置的輔助工具。
所謂超導，簡單地說，就是電流流動時不具抗力。如此一來，一旦電流在整個物質內流動，將會永遠不停地流動，且不會有能量的損耗。可以想見，未來總有一天超導會革命性地改變我們的電力系統。問題是超導只出現在非常低溫的情況下，一個辦法就是使用液態的氦氣。
在液態氦的超低溫下，各種物質的性質變得非常特別。這使我們得以建立一門全新的學科，叫做低溫電子學。幾十年以來，科學家發現到一系列的金屬（如水銀）和合金可用液態氦做為冷卻劑，冷卻至極低的溫度時這些合金就會失去電阻，這稱為超導性，有超導性的物體則稱為超導體。還發現，某些半導體（如鍺）用液態氦冷卻至極低的溫度，雖不會變成超導體，但若同時給它加上一定大小的電壓，電流也可以幾乎無阻地通過，即形成所謂的擊穿。
學者們就利用超導體和在超低溫下可被擊穿的半導體，做成許多精巧的電子元件用在各種電子設備上。這種元件小至可與人類身體的神經元相比，而且性能非常優越。這樣使我們可能制成許多妙不可言的裝置，像是：撤去電源仍能永保磁性的強大電磁鐵、完全無摩擦的陀螺儀、看得見原子的電子顯微鏡等。
但冷卻到攝氏零下268度，氦氣也可以變成氦水——又稱液態氦；繼續冷卻到零下272.2度，還可以使氦氣變成氦冰——又稱固態氦。利用液態氦可得到接近絕對零度（即攝氏零下273.16度）的超低溫。
這種超低溫技術對于低溫物理、原子核物理、理論物理的研究都很有用。例如世界上很多用于研究物質結構的大型粒子加速器，都采用液態氦冷卻其超導磁鐵；天文學家也利用液態氦來冷卻許多探測儀器，以避免熱噪聲的干擾，進而更容易、更準確地接收來自遙遠星系的訊息。
氦氣自從被發現以來就這樣多方面為人們服務著，無怪乎有人形容氦氣是個帶有勞碌命性格的單身漢氣體。雖是如此，今后氦氣肯定會為未來人類世界做出更大的貢獻。
