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日本超導(dǎo)技術(shù)研發(fā)的現(xiàn)狀和未來
廣東電纜廠有限公司 2012-03-26訊：
1、超導(dǎo)研究開發(fā)的現(xiàn)狀
1986年發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)至今已過去十多年。剛剛發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)現(xiàn)象時，媒體大力宣揚，平常一般不太關(guān)注科學(xué)技術(shù)之人也熱衷于通過百貨商店的實況熱播來了解情況。證券公司、銀行等金融機關(guān)尋求投資熱點、工業(yè)界也將其作為未來發(fā)展對象開始了一系列的討論。而討論超導(dǎo)問題的學(xué)會、研討小組也都是人才滿堂。當(dāng)時，日美正處于先端技術(shù)開發(fā)競爭之列，兩國都調(diào)整研究開發(fā)體制爭取早日研發(fā)出超導(dǎo)。
但是。1991年初，泡沫經(jīng)濟(jì)來襲，大眾熱議的“超導(dǎo)”也漸漸平息。況且，隨著經(jīng)濟(jì)長期不景氣，工業(yè)界很多企業(yè)接二連三撤出超導(dǎo)的開發(fā)研究工作。與同樣位于高科技領(lǐng)域的多媒體技術(shù)相比，超導(dǎo)處于被大眾遺忘的角落。
那么，超導(dǎo)的研究開發(fā)真的每況愈下、逐漸退出人們的視線了嗎？倒不如說目前正逐漸推進(jìn)超導(dǎo)技術(shù)實用化的研究開發(fā)。
新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象到廣泛應(yīng)用于社會，一般需要花費10年來研究、研究出來后，應(yīng)用并達(dá)到實用化還要再花費10年。如此算來，一項新技術(shù)的推廣至少需要20年，要成為企業(yè)事業(yè)的核心支柱再花費十年也屬正常現(xiàn)象。21世紀(jì)，超導(dǎo)技術(shù)將進(jìn)入應(yīng)用于各個領(lǐng)域百花齊放的研發(fā)時期。
2、超導(dǎo)技術(shù)給社會作出了什么樣的貢獻(xiàn)？
所謂超導(dǎo)現(xiàn)象是指某些物質(zhì)的電阻在某種溫度（這里是指“臨界溫度”）下電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。高溫超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)的意義在于：至今為止，超導(dǎo)物質(zhì)只能在昂貴的液態(tài)氦（沸點為4.2K）冷卻的狀態(tài)下使用，這也暗示了臨界溫度較高的物質(zhì)即無須室溫冷卻就能合成物質(zhì)，使超導(dǎo)現(xiàn)象出現(xiàn)。
高溫超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)源于1986年，位于瑞士的IBM研究所宣布發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)物質(zhì)的存在，此后，日本東京大學(xué)小組通過試驗確認(rèn)了該現(xiàn)象的存在。此外，日本研究學(xué)者還發(fā)現(xiàn)臨界溫度在110K的鉍系高溫超導(dǎo)物質(zhì)，為超導(dǎo)研發(fā)作出了很大貢獻(xiàn)。1988年，日本和私營企業(yè)成立國際超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心，現(xiàn)在改研究中心在超導(dǎo)領(lǐng)域有“卓越中心”的美譽。
超導(dǎo)要想應(yīng)用在工程上，就要利用臨界溫度以下電阻為零、消除磁場線、通過極薄的絕緣層在無電壓的情況下有電流。這些超導(dǎo)特有的現(xiàn)象被電力、能源、電子、物流、醫(yī)療等技術(shù)領(lǐng)域所應(yīng)用，為社會作出很大的貢獻(xiàn)。
一、電力能源領(lǐng)域
據(jù)說，預(yù)計世界電力能源需求量將達(dá)到10700GKWH以上， 到2010年，發(fā)展中國家需求量將增加到15300GKWH。輸電中因電阻造成的電力損失達(dá)到輸電量的6%。如果通過超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)電機及變壓器等普及化，預(yù)計每年將會節(jié)約1000億日元。此外，電量減少，二氧化碳排放量也相應(yīng)減少，為防止地球變暖作出相應(yīng)地貢獻(xiàn)。通過超導(dǎo)磁體的使用，使發(fā)電機器小型、量輕、發(fā)電效率提高，大幅削減制造、物流、設(shè)置、維修費用。
此外，利用超導(dǎo)技術(shù)儲藏電力能源最典型的方法是使用SMES（超導(dǎo)儲藏能源系統(tǒng)）。SMES通過超導(dǎo)磁鐵圈儲藏電力，必要時，通過既存的發(fā)電機和電池，為用戶提供價廉質(zhì)優(yōu)的電力。
二、電子領(lǐng)域
近年來，信息通信機器發(fā)展飛速，各種電子零部件使用在這些機器中。以超導(dǎo)電子為代表的設(shè)備、衛(wèi)星通信、移動通信等方面使用天線、共振器、過濾、線路延遲等等。這些無一不帶有高性能、小型化、低電力消費的特征。
此外，人們也很關(guān)注超導(dǎo)應(yīng)用于電腦上使用的超高速算術(shù)邏輯單元、開關(guān)元件、配線材料等方面。如果超導(dǎo)電腦實現(xiàn)的話，就會引發(fā)第二場電腦革命。
除此以外，超導(dǎo)還應(yīng)用于醫(yī)療、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。
3、日本超導(dǎo)的未來會如何？
目前，日本工業(yè)、大學(xué)和國家研究機關(guān)合作，預(yù)計有1000多人投入超導(dǎo)的研發(fā)，一年的研究經(jīng)費大概有400億日元。1996年，政府在超導(dǎo)研究項目上投入資金高達(dá)200億，這個數(shù)字可和美國政府在超導(dǎo)項目上的投資力度相匹敵。
比較日本、美國、歐洲超導(dǎo)技術(shù)水平，在高溫超導(dǎo)線材等電力輸送領(lǐng)域的研究開發(fā)，日本比美國、歐洲稍有優(yōu)勢，而在電子領(lǐng)域，美國在防衛(wèi)、宇宙和通信信息產(chǎn)業(yè)較有優(yōu)勢，主導(dǎo)日本和歐洲。
日美歐超導(dǎo)研究相關(guān)人員都會參與一年一度的國際超導(dǎo)研討小組（ISIS），該研討小組是為使超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)、實用化提供國際合作、交流的平臺。1995年ISIS大會上，預(yù)計2010年，全球超導(dǎo)市場將達(dá)到750億美元。其中，電子占全部市場份額的32%，醫(yī)療占24%，電力占16%，物流占8%，其它占20%。
如上所述，日本制定超導(dǎo)研究體制比美國稍早，全國上下共同積極推進(jìn)這項事業(yè)的開展，現(xiàn)在也僅次于美國。那么，日本的超導(dǎo)研發(fā)和商業(yè)化究竟會有什么樣的未來呢？
筆者于1995年曾組織超導(dǎo)團(tuán)到美國的企業(yè)、大學(xué)、政府等公立研究所進(jìn)行調(diào)查訪問。該團(tuán)體由產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界、政府的代表等組成。調(diào)查訪問后，我敏銳地意識到，比起超導(dǎo)技術(shù)本身，在培養(yǎng)超導(dǎo)技術(shù)使其商業(yè)化管理方面，國家和企業(yè)有著很大的差異。這樣下去，日本超導(dǎo)領(lǐng)域商業(yè)化階段就會落于美國之后，理由如下：
一、美國主要是以國家重點實驗室為核心，工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府加大交流力度。其特征為：主要的國家重點實驗室由私營企業(yè)和大學(xué)進(jìn)行運營管理。政府和行業(yè)內(nèi)的研究者調(diào)度制度也很完備。此外，國家超導(dǎo)項目推進(jìn)中心也參與其中。周邊的大學(xué)校園的學(xué)生也可以靈活安排時間參與。
二、在美國，與大型企業(yè)相比，合資企業(yè)和中小企業(yè)在超導(dǎo)商業(yè)化方面的研究積極性更高。這些合資企業(yè)和大學(xué)合作，在資金和研究設(shè)施方面，聯(lián)邦政府也施以援助。此外，也和大企業(yè)合作共同完成。在市場規(guī)模尚小的階段，合資企業(yè)及中小企業(yè)能主動出擊，有著低成本將產(chǎn)品推向市場的優(yōu)勢。
三、研究開發(fā)的重點在市場所占比例較大、商業(yè)化較早的電子、醫(yī)療領(lǐng)域。美國在國防、宇宙工業(yè)和信息通信產(chǎn)業(yè)等方面有著巨大的市場。在衛(wèi)星廣播系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)等超導(dǎo)電子領(lǐng)域，國防部提供研究資金，安排調(diào)配超導(dǎo)產(chǎn)品。此外，在醫(yī)療領(lǐng)域，靈活使用豐富的政府資金，促進(jìn)合資企業(yè)、大學(xué)、醫(yī)院一體化的先端醫(yī)療診斷測試系統(tǒng)商業(yè)化。
四、美國聯(lián)邦政府為了強化前沿科技產(chǎn)業(yè)的競爭力、創(chuàng)造就業(yè)機會，給私營企業(yè)補貼，用做各種各樣技術(shù)研發(fā)的經(jīng)費。特別是克林頓政權(quán)通過瞄準(zhǔn)“前沿技術(shù)項目”（ATP）和軍民兩用技術(shù)開發(fā)的“技術(shù)再投資項目”（TRP），獎勵企業(yè)、國家重點實驗室和大學(xué)等共同項目的開發(fā)。
日本該怎樣才能培養(yǎng)超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)？
日本推進(jìn)超導(dǎo)項目的研發(fā)主要以電力、電機、電子、電纜、材料等大企業(yè)為主。研究和開發(fā)的重點主要放在電力、能源領(lǐng)域的超導(dǎo)電纜、發(fā)電機等電力傳輸系統(tǒng)和SMES、飛輪等電力存儲設(shè)備，交通運輸領(lǐng)域上是磁懸浮鐵路（MAGLEV）。
這些都是國家、電力、鐵路公司和制造業(yè)共同完成的項目，據(jù)悉從開發(fā)到商業(yè)化需要一個很長的時期，預(yù)計是2010年到2020年。
日本超導(dǎo)電纜開發(fā)特征和美國相比，有以下幾點不同。
一、以大企業(yè)為中心，合資企業(yè)、中小企業(yè)幾乎沒有參與研究開發(fā)。日本國際貿(mào)易、工業(yè)部設(shè)立的ISTEC中，會員也大多是大企業(yè)。
二、研究開發(fā)項目的重點在電力、能源和交通運輸產(chǎn)業(yè)等社會基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，到商業(yè)化還需要很長的時間。
三、電力領(lǐng)域的應(yīng)用：包含國家項目在內(nèi)及未來超高速數(shù)字信號處理的應(yīng)用等等都是以長期的基礎(chǔ)研究為主。
雖然大企業(yè)有技術(shù)開發(fā)能力，但在實用化和商業(yè)化這個方面，小企業(yè)為了保住自己在市場上占有一席之地，有著很強的危機意識。關(guān)于新產(chǎn)品的開發(fā)上面也會格外慎重。特別是社會基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，要和已有產(chǎn)品、系統(tǒng)競爭合作。此外，大企業(yè)開發(fā)的產(chǎn)品，附加費用較高，這就導(dǎo)致成本增加。
在這樣的情況下，日本超導(dǎo)業(yè)的研究不會立竿見影，超導(dǎo)研究開發(fā)之路任道重遠(yuǎn)。為了使日本超導(dǎo)有個多彩的未來，有必要采取以下措施。
一、大企業(yè)、ISTEC等積累的超導(dǎo)技術(shù)方面經(jīng)驗應(yīng)該向中小企業(yè)開放。也就是說，大企業(yè)可以公開超導(dǎo)技術(shù)方面的知識產(chǎn)權(quán)，有償讓渡給有研發(fā)熱情的小企業(yè)。會員公司在不使用知識產(chǎn)權(quán)的情況下，可以將使用權(quán)利讓渡給非會員。如果大企業(yè)不希望這樣的話，也可以通過合資企業(yè)拆分上市，使其產(chǎn)品化。因市場未成熟，在利基市場上，需要鼓勵合資企業(yè)和中小企業(yè)商業(yè)化。
二、關(guān)于超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)該更加關(guān)注電子、醫(yī)療領(lǐng)域。確實，與美國相比，日本在防衛(wèi)、宇宙方面占有市場較小，但在通信信息領(lǐng)域的技術(shù)革新成果較為顯著。
今后，通信衛(wèi)星、移動通信零部件、設(shè)備應(yīng)用等方面有望有突破性進(jìn)展。而日本的高齡化日益加劇，醫(yī)療器械、傳感器的超導(dǎo)化方面也備受關(guān)注。
因為在這個自由競爭的社會，這些領(lǐng)域的成本、性能、大眾認(rèn)可度方面比電力、交通運輸更能實現(xiàn)短期商業(yè)化。如果成本能降低的話，占市場份額較大的電腦、家電、游戲機器等民生用品有望得到普及應(yīng)用。
三、參與超導(dǎo)技術(shù)研究的人，有必要更加努力地讓普通大眾理解。和多媒體相反，超導(dǎo)僅塵封在專家們的世界中，還沒有得到大眾的理解和認(rèn)可。因此，如果使大眾對超導(dǎo)的未來持有悲觀情緒，就是件非常遺憾的事了。不被社會理解的科學(xué)技術(shù)是沒有發(fā)展前景的。
相關(guān)人員有必要進(jìn)行“超導(dǎo)發(fā)燒友”再現(xiàn)的演出和啟蒙工作。通過舉辦“超導(dǎo)EXPO”等活動向普通市民介紹“超導(dǎo)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來”，喚起大眾對超導(dǎo)技術(shù)的關(guān)心。縱觀發(fā)明、發(fā)現(xiàn)史，有很多是專家們未必能感知到的，這些意外發(fā)現(xiàn)正說明了群策群力的重要性。(本吉健也)
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