零阻力电流.doc

零阻力电流在物理学中一个奇特的现象是超导体。众所周知，每一种材料在通电的时候都有阻力。根据欧姆鼎炉即：R=U/I（欧姆）电阻 U=IR（伏特）电压 I=U/R（安培）电流在方程式中R代表导体中的电阻，以欧姆为单位。I代表以安培为单位的电流强度。U代表以伏特为单位的电压大小。第二个方程式说明，在恒定电压下，电流越大，电阻越小。导体的导电性能随温度的变化而变化。通常情况下温度降低，电阻也随之变小。一般人们会把温度降到零度左右，即-273.2摄氏度或0Kelvin（绝对温标）。把温度降到这个值就会发生一个神奇的现象：电阻几乎减少至零，金属变成了超导体。1911年荷兰科学家Heike Kammerlingh Onnes在用氦冷却水银的时候发现了超导体。4.2Kelvin的时候电阻减少了。Onnes本人也不能解释这种现象。至今超导之谜也没有得到完全的阐释，但他意识到了无损耗运送电流的可能性的意义所在。在极端条件下的冷却是困难并且昂贵的。因此许多物理学家都尝试在高一些的温度下使用具有超导性的材料。1986年Alex和Gergre在苏黎世的IBM实验室发现了一种成分为镧、钡、铜和氧的陶器在相对“高”的温度即35Kelvin下会具有超导性能。若干年后他们因这项发现获得诺贝尔物理学奖。今天，人们只需把氦换成便宜30倍的液态氮作为制冷工具，既可在150Kelvin的条件下获得超导。可惜心的陶瓷超导体有一个缺陷：用易碎陶器制成的电缆在制作和维修时都十分困难。利用超导体人们可以获得畅通无阻的几千安培的电流。同时也产生了强大的磁场。人们把磁场用在医疗器械和测量仪器上。巨大的粒子加速器（比如汉堡的DESY、日内瓦的CERN等）。还有核聚变的反应器上。发电机和电缆里的超导液能帮助节省大量电能。Das Ohmsche Gesetz 欧姆定律Die Stromstaerke 电流强度Die Spannung 电压Die Leitfaehigkeit 传导性Supraleitend 超导性的Quecksilber 水银Lanthan 镧Barium 钡Kunfer 铜Heliun 氦从K到摄氏度是273+nK=DESY德国电子同步加速器研究所 1959年12月18 日，德国当时的能源部部长Siegfried Balke和汉堡市市长Max Brauer在市政厅就建立德国电子同步加速器(DESY,Deutsches Elektronen Synchrotron的简称)签定了协定,为在德国建造第一个高能粒子物理加速器奠定了法律基础。 现在，DESY 是世界上粒子加速器研究的主要中心之一。在这里，物理学家们通过实验对众多的基本粒子进行研究。这里没有国界，几百名男女科学家参加国际合作组，共同开展物理实验。在数年合作的历程中，他们设计、建造和运行像楼房那样大的复杂测量仪器，分析DESY 的HERA产生的千百万项数据。（左图为DESY现任所长A.Wagner教授） 二十世纪六十年代，DESY的研究计划扩大，增加了利用同步辐射所进行的研究。同步辐射用于开展以下实验：原子物理、固体物理，以及化学、地质、材料科学、分子生物及医学领域里的研究。 DESY以成功将粒子研究与同步辐射应用研究结合在一起而闻名於世，使其起码可以在欧洲鹤立鸡群。利用DESY加速器开展的研究涉及粒子物理到分子生物。马普学会在DESY有三个工作组，欧洲分子生物实验室在DESY有一个分部。(左图为汉堡的DESY鸟瞰图) DESY的永久雇员有1560人，包括茨威森（Zeuthen）分部的70人。另外，来自33个国家的2900位科学家使用DESY的装置。(右图为ZEUTHEN分部的鸟瞰图） DESY从事的研究：从晶体到夸克 晶体对每个人都很熟悉。覆盖马路的雪上冰晶体，放入一杯咖啡中的糖晶体.。晶体由无数按正常晶格排列的原子组成，是利用同步辐射开展研究的“原始材料”。同步辐射是粒子加速器发射出来的一种特殊的光。当电子在加速器环中由强磁铁迫使其在弯曲轨道中运行时，便产生这类辐射，粒子释放出大量的能量。 同步辐射强聚焦，波长光谱从红外区到硬X射线。DESY是世界上最重要的利用X射线光开展实验的场地之一。科学家们利用DORIS和PETRA产生的强辐射，化学家、生物学家、内科医生和材料研究人员可以仔细检查极其广泛的样品，研究物质结构到原子级。为了将来的研究，DESY正在研制亮度最高的光源。 原子绝不是物质的最小组成部分，它们由一个原子核和一个壳层电子组成。原子核由质子和中子组成，而它们又由夸克组成。这些小的令人难以置信的粒子是物理学家们在HERA上研究的目标。 在6.3公里长的HERA环里，负电子和正电子被加速到很高的能量。灵敏度非常高体积像楼房那样大的测量设备观察这些粒子发生巨大对撞后发生了什么情况。“超级电子显微镜”HERA是研究比质子本身小1000倍的粒子成为可能。从测量中，物理学家们对质子的内部结构和自然基本力的性质得出结论。 HERA新的研究揭示：每个质子类似由强力场紧密组合在一起的许多夸克，反夸克和胶子的旋云。根据我们目前以知的情况，夸克和电子是物质的基本组成部分，它们的尺寸仅为原子直径的亿分之一。从2000年秋到2001年中，HERA进行了大量改进，旨在提高质子和电子的对撞率，将原有的设计亮度提高4-5倍，以便发现标准模型以外未有预料到的新的效应。 TESLA项目 国际合作组正在DESY研制和规划一个新的加速器工程。该工程称为TeV能级超导直线加速器（TESLA）。 TESLA不仅为基础研究而且还为广泛的学科的应用研究开辟了新的前景。该工程由两个设施组成：一个是国际合作组开发的33公里长的直线加速器，它使正负电子发生对撞；另一个是4公里长驱动一种新型X射线激光器的电子加速器。这两个设施的运行前提是TESLA的新超导加速器技术。研究和应用的范围从材料和生命过程到物质结构和大爆炸的形成。 DESY在Zeuthen的分部 DESY Zeuthen自1992年后成为DESY的分部，位于德国布兰登堡州柏林东南部。其粒子物理研究主要集中在参加HERA的实验上。例如，研制和建造了探测器的一些精密部件，还参加从HERA上获取的数据的分析。 该分部的科学家还参与TESLA的开发。另外，他们还参加西欧中心的实验和测量，与柏林的大学及国外的大学和研究所进行密切合作。该分部还涉及中微子天体物理和并行计算中心两个项目。与国际合作组一起，分部在运行南极深冰中的AMANDA望远镜。 该望远镜用来探测宇宙中微子。在分部的“并行计算中心”，运行着一台大规模并行的高功率计算机。由于这些计算机的特殊配置，它们非常适合进行理论物理计算。 Zeuthen分部的PITZ光注入器 自2002年1月以来，DESY Zeuthen分部利用光注入器测试设备PITZ运行自己的那台小的直线加速器，开发和优化激光驱动高频电子源，因为两个TESLA工程都需要它们。TESLA直线对撞机和X射线激光器这两个装置需要很高质量的电子束流；束流的电子束团必须很短，同时有个极小的发射度。（发射度取决于束流的大小和孔径角度，因此成为确定粒子束流质量的度量法；发射度越低，束流聚焦的可能性越好。）因此，DESY在从事一个大的研制计划。作为模拟和理论探讨的补充，Zeuthen分部的PITZ测试设备被用来详细研究电子束团产生、加速和形成的过程，故使与汉堡TESLA测试设备目前运行无关的TESLA粒子源的束流质量和像运行安全的运行参数得到优化。 DESY在德国经济中的重要性 DESY在经济上不仅对汉堡地区，而且对周围的几个州，乃至全国都有重要意义。这是2000年2 月汉堡大学配给与竞争研究所发表的“DESY基础研究在经济上的重要性”的研究结论。研究报告的作者调查了1997年DESY运行和1984年到1990年建造HERA储存环所产生的营业额、收入、职业和国库税收效应（或从整体上称为“需求效应”）。 1997年，DESY运行确保了4244份工作，其中DESY以外的工作约占70%。在HERA投资阶段，确保了14205份工作。从DESY获益最大的是服务行业的供货商和经商者，接着是能源部门、化学、汽车、机械制造和电子学领域。 1977年，DESY 约40%的物资和人头开支直接以税的形式流回到州里。 （高能所科研处制作 侯儒成编译）欧洲粒子物理