中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:眾所周知,對(duì)電流的精確測(cè)量在現(xiàn)代物理學(xué)上有著重大意義,無(wú)論是電離輻射產(chǎn)生的皮安級(jí)電流,還是電力供應(yīng)中數(shù)百安培的電流,都需要能最準(zhǔn)確測(cè)量直流電源強(qiáng)度的儀器——低溫電流比較儀(CCC)。
通常情況下,CCC只能在接近絕對(duì)零度的條件下工作,這種苛刻的限制讓許多實(shí)驗(yàn)室望而卻步。如今,英國(guó)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種最準(zhǔn)確的低溫電流比較儀,用來(lái)測(cè)量相對(duì)電流強(qiáng)度。這種新設(shè)備不僅在精確度上遠(yuǎn)高于以往的同類(lèi)設(shè)備,且在原則上不需要液態(tài)氦就可以運(yùn)行。
據(jù)了解,CCC需要使用超導(dǎo)材料和一個(gè)定量的磁通量檢測(cè)器,來(lái)檢測(cè)電流的比率。為了檢測(cè)出未知電流的強(qiáng)度,需要先把兩根導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)超導(dǎo)體管。一股可變電流將會(huì)在其中一根導(dǎo)線(xiàn)上流過(guò),它與要測(cè)量的電流方向相反。這樣一來(lái),超導(dǎo)體管內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電流,該電流與兩根導(dǎo)線(xiàn)上的電流差大小相同,方向相反。內(nèi)壁產(chǎn)生的電流會(huì)輸出到外壁的一個(gè)電路中,產(chǎn)生一個(gè)小型的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)被超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)檢測(cè)出來(lái)。當(dāng)SQUID檢測(cè)出磁場(chǎng)為零的時(shí)候,表明超導(dǎo)體管沒(méi)有電流通過(guò),同時(shí)也意味著兩根導(dǎo)線(xiàn)上的電流大小相同。當(dāng)可變電流和未知電流差異較大時(shí),可以通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)超導(dǎo)管的根數(shù)來(lái)測(cè)量,這樣,安培級(jí)別的電流也能夠和皮安級(jí)別的電流相比較了。
CCC最早是由喬納森·威廉姆斯根據(jù)德國(guó)人的提議在英國(guó)特丁頓國(guó)立物理研究所設(shè)計(jì)的。在最初的設(shè)計(jì)中,這個(gè)設(shè)備需要提供持續(xù)的大量的液態(tài)氦。盡管液態(tài)氦價(jià)格昂貴,但在發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室中還是能夠使用到。然而,這會(huì)嚴(yán)重限制其在發(fā)展中國(guó)家的商業(yè)應(yīng)用。
此后,機(jī)械冰箱的發(fā)明讓人們意識(shí)到,僅使用電能就可以達(dá)到冷凍的溫度。這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在醫(yī)院MRI掃描儀中,以免液態(tài)氦汽化。隨后,特丁頓國(guó)立物理研究所的科學(xué)家和倫敦低溫有限公司(Low temperature)共同開(kāi)始了新的研究。
低溫有限公司董事長(zhǎng)杰里米表示,機(jī)械冰箱的缺陷在于它的制冷不是連續(xù)的。他說(shuō):“這是一個(gè)機(jī)械控制的制冷設(shè)備,它有一個(gè)可以在氣缸里上下活動(dòng)的活塞,并且提供制冷。但最終冰箱的溫度會(huì)維持在0.6K左右,頻率是1—2Hz。”這將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性,因?yàn)镾QUID和CCC的組件對(duì)于氣溫和壓力是非常敏感的。
為此,低溫有限公司開(kāi)發(fā)出了一種新設(shè)備,它可以把機(jī)械冰箱的振動(dòng)過(guò)濾后,將制冷功能轉(zhuǎn)移到CCC上。該公司希望借此改進(jìn)CCC,使它不再需要液態(tài)氦。這種設(shè)想尚未被證實(shí),但特丁頓國(guó)立物理研究所領(lǐng)導(dǎo)電氣測(cè)量項(xiàng)目負(fù)責(zé)人威廉姆斯表示:“在制冷和相關(guān)方面,并沒(méi)有技術(shù)上的難題。這只不過(guò)是將兩個(gè)設(shè)備整合在一起,并且確保它們能正常工作。”
研究人員指出,在醫(yī)學(xué)和能源領(lǐng)域“干式”CCC有兩個(gè)潛在用途。從微量來(lái)看,給予癌癥患者的電離輻射的劑量,在有的時(shí)候,是通過(guò)測(cè)量光束在電離室中產(chǎn)生的微小電流而校準(zhǔn)的。從大規(guī)模來(lái)說(shuō),對(duì)于可再生能源發(fā)電并網(wǎng)需要地區(qū)之間傳遞數(shù)百安的電流。
試想一下,投資這種新技術(shù),整個(gè)歐洲就可以享受來(lái)自芬蘭風(fēng)力渦輪機(jī)和西班牙太陽(yáng)能設(shè)施提供的電力,并將這些能源在歐洲大陸上傳送。