超导
临界电流
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人们很容易这样想:既然超导体电阻为零,那不就可以随心所欲地往里灌电流了吗。但其实总有一个上限。就像一根绳子,承得住任何合理的重量,可一旦超载就会绷断,超导体也只在某个限度之内自由地承载电流,越过这个限度,奇迹便戛然而止。
临界电流就是超导体在保持其无损状态下所能承载的最大电流。有两件事强加了这个上限。第一,任何电流都会产生自己的磁场,一旦这个自身磁场达到临界磁场,超导就死掉了。第二,在第二类材料里,大电流会推动穿过样品的磁通涡旋,而涡旋一旦动起来就会耗散能量,于是哪怕材料原则上仍然又冷又超导,电阻也会重新冒出来。
它之所以重要,是因为临界电流决定了一根超导导线实际能输送多大的功率,而这正是现实中电缆和磁体的瓶颈。最关键的工程窍门,是用人为引入的缺陷把涡旋牢牢钉住,这能把临界电流大大提高。那个常见的误解——以为零电阻就意味着电流无限——恰恰说反了:通常约束一个实用器件的,是电流上限,而不是电阻。
一根仅一两毫米粗的商用铌钛导线,在低温下能无损地承载几百安培的电流——可一旦越过它的临界电流,它就会骤然发热、变回正常态,并可能在一瞬间被烧坏。
超过临界电流,超导导线就变回正常态并发热——有时甚至会被毁掉。
临界电流通常以临界电流密度来标注——即每单位横截面积上的安培数——因为更粗的导线本就成比例地承载更多。同一种材料,其电流上限会因涡旋被钉得好坏而相差悬殊。
又称
另见