Tại sao đoàn tàu chạy trên đệm từ có thể "bay" lên được?

Trong các kiểu đoàn tàu kỹ thuật cao, đoàn tàu chạy trên đệm từ có thể là một loại phương tiện giao thông lý tưởng. Loại tàu này khi vận hành khác với các tàu khác không bám vào đường ray, mà theo hình thức nổi, bay lơ lửng trên mặt đường ray. Nó không những có tốc độ nhanh mà còn an toàn, ổn định, không rung động, không ô nhiễm và tiết kiệm nguồn năng lượng.

Vậy đoàn tàu trên đệm từ “bay” như thế nào? Điều này phải dựa vào công nghệ siêu dẫn mới.

Năm 1911, một nhà vật lý người Hà Lan đã làm một thí nghiệm sau: ông làm lạnh thủy ngân đến -40oC, khiến cho nó đóng băng thành một sợi dây, và cho dòng điện chạy qua. Khi nhiệt độ xuống đến -268,9oC, ông phát hiện điện trở trong thủy ngân đột ngột biến mất. Về sau mọi người gọi hiện tượng điện trở đột ngột biến mất đó là hiện tượng "siêu dẫn".

Qua nghiên cứu sâu hơn người ta phát hiện: Các vật chất ở trạng thái siêu dẫn có hai đặc tính cơ bản là có tính dẫn điện hòan toàn và tính kháng từ hòan toàn. Tính kháng từ hòan toàn của chất siêu dẫn sẽ sinh ra một sức đẩy lên trên đối với thanh nam châm, đủ để cân bằng trọng lượng của thanh nam châm; thế là thanh nam châm sẽ nổi lơ lửng trên không. Đoàn tàu chạy trên đệm từ chính là lợi dụng nguyên lý đẩy nhau của hai từ cực cùng tên, lắp một khối từ siêu dẫn ở dưới gầm đoàn tàu, cho dòng điện kích thích chạy liên tục trong cuộn dây của nó, sản sinh ra một từ trường rất mạnh, lại rải liên tục lên đường ray các tấm dẫn điện tốt. Khi dòng điện chạy qua vật siêu dẫn, sản sinh ra từ trường, hình thành một lực đẩy xuống dưới, khi lực đẩy cân bằng với trọng lực của đoàn tàu, thì đoàn tàu sẽ nổi lơ lửng trên đường ray với một độ cao nhất định.

Thông qua việc thay đổi cường độ dòng điện để điều khiển cường độ từ trường, có thể điều chỉnh được độ cao nổi lên của đoàn tàu. Loại đoàn tàu nổi này vì giữa toa xe và đường ray không có sự tiếp xúc ma sát cơ giới, cho nên khi chạy không bị rung động, không ô nhiễm, cũng không bị trật ray, hơn nữa vì lực cản ma sát nhỏ nên tốc độ chạy tàu có thể nâng cao rất nhiều.

Ở đoàn tàu này có đủ các kỹ thuật cao hiện đại như máy tính, cảm ứng vi điện tử, điều khiển tự động, v.v. tất cả các khâu như nâng lên khỏi đường ray, khởi động, tăng tốc, vào cua, giảm tốc, dừng tàu, hạ tàu xuống, v.v. đều thực hiện điều khiển tự động một cách chuẩn xác không có sai sót gì, đồng thời cũng rất an toàn. Hiện nay, tốc độ của đoàn tàu siêu dẫn đã đạt đến 500 km/giờ trở lên. Trong ứng dụng thực tế, tốc độ của nó có thể chia ra tốc độ thấp, tốc độ trung bình và tốc độ cao. Tốc độ thấp thường là dưới 125 km/giờ, dùng cho giao thông công cộng trong thành phố; tốc độ trung bình vào khoảng 250 km/giờ; dùng cho giao thông ở ngoại thành, tốc độ cao vào khoảng 500 km/giờ dùng cho giao thông giữa các thành phố.

Tháng 3 năm 1994, Chính phủ Đức quyết định xây dựng đường sắt đệm từ cao tốc đầu tiên trên thế giới nối liền giữa Berlin và Hamburg. Đoàn tàu đệm từ siêu dẫn MLX01 của Nhật Bản đã thử nghiệm thành công và sáng tạo kỷ lục mới của thế giới với tốc độ 531 km/giờ. Đường tàu đệm từ tốc độ thấp đầu tiên của Trung Quốc được xây dựng vào tháng 12/1997 ở thành phố Đô Giang Yển thuộc tỉnh Tứ Xuyên.