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  如歌岁月

我与应用超导
作者:严陆光  日期:2008-09-03     【背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 】  【字体:
 

 

我于1959年由莫斯科动力学院电力系毕业,回国后一直在中国科学院电工研究所从事科学研究与特种电工装备的研制工作。整个六十年代,带领课题组进行了大能量电感储能电源的研发与建设工作,建成了合肥储能六千万焦耳的七号电感储能装置。七十年代初起,我带领几个同志参加了中国科学院物理研究所陈春先同志领导的核聚变研究用的CT-6小型托卡马克的研制建设工作,搞了环形强磁场、脉冲变压器、电源与控制,1973年装置投入运行后,又到合肥筹建较大的CT-8托卡马克装置,1975-1976年还去意大利弗拉斯卡蒂核中心参加了强磁场(10特斯拉)、液氮冷却的FT托卡马克装置的调试工作,曾有幸在1979年花了两个月时间看了美国几乎全部核聚变研究的实验室,熟悉了核聚变电工,决心要为聚变献身。

  在上两方面,近二十年的工作中,如何获得强磁场都是一个重要问题,当时只能用常导导体,铜或铝,要消耗很大的功率与能量成为主要困难,采用超导是最诱人的出路。超导体的发现发生在1911年,荷兰的卡末林·昂内斯将金属汞冷却到液氦温度,突然发现电阻为零,展现了在电气工程中所有导线都可用超导体来无损耗的传输电流的美好前景。可惜的是,超导态要在一定的临界温度、临界磁场与临界电流以下才能存在,最初发现的超导体都由于临界磁场和临界电流密度太低而难于实用。经过近半个世纪物理界与材料界的持续努力,直至60年代初才发现了铌锆合金、铌钛合金与铌三锡化合物等能在液氦温度下承受强磁场与高电流密度的实用超导材料,开始了超导应用的新时代。我国从事超导与低温研究的物理学家管惟炎、洪朝生院士从六十年代初开始就推动我们开展超导应用研究工作,我所创始人之一的韩朔先生六十年代中期进行了调研论证,建议开展超导电工工作。电工所与物理所合作于1969年开始了10万焦耳超导储能装置的研制工作,1973年正式建立了电工所超导技术研究室,开创了我国电工领域的超导应用工作。

  我实际参加应用超导工作由1973CT-6托卡马克投入运行后开始,真正全身心投入是从文化大革命结束(1977)至九十年代初的十多年,直接负责一个课题组在一线从事研究实验工作,1979年至1984年任应用超导研究室副主任,1984年至1990年任研究室主任。1988年担任电工所所长后,仍主持一些超导磁体的研制与应用工作,关心推动应用超导事业继续前进,一线工作所花精力已明显减小,但仍坚持做出一些力所能及的贡献。

七十年代后期至九十年代前期的十多年是我直接全身心从事科技工作的黄金时期。1978年我有幸参加了全国科学大会,迎来了郭老宣称的“科学的春天”,整个国家形势与方针发生很大变化,宣布要走改革开放的道路,大力拨乱反正,科技得到很高的重视,条件有很大改善,提出要走向世界,赶超世界先进水平。根据总的方针,中国科学院又组织有关院士、专家对各所的方向、任务进行论证,章名涛、毛鹤年、高景德、丁舜年等院士都来所考察讨论,提出电工所应以“发展电工电能的应用基础理论及其新技术”为主要方向,对工作进行了调整,明确以磁流体发电、超导电工及微电子束加工三项电工新技术为重点,在赵志萱,杨昌琪所长领导下,全所都积极行动起来了。

图:198712月与同事们合影于低温超导实验大厅(右三为严陆光院士)

 

我国电工界还刚刚开始应用超导工作,与世界先进水平有明显差距。在所里建设成长一支优良的科技队伍,逐渐赶上世界先进水平,在国内是应用超导方面的主力部队,在国际上能代表中国,成为我们的奋斗目标,要求我们集中全力地投入,可喜的是,经过近十年大家的团结努力,取得了良好的进展。主要的工作包括:

1)  补充超导物理,超导材料与低温技术的有关知识,学习低温超导的实验技术,建立液氦低温站及实验室,为开展研究实验奠立基础。

2)  超导磁体是低温超导应用的主要方面,在认真学习掌握国际成果基础上,进行有关应用基础研究,包括导线设计,磁体设计,磁体稳定性,失超传播,磁体保护,冷却方式,磁芯以及检测技术的研究。

3)  结合我国的实际需求,进行所需超导磁体的预先研究,模型磁体研制与试验,为实用磁体的研制打好基础。由于全室还有张永、林良真同志领导的两个组,三个组之间进行了合理分工,我们主要进行了充蜡稳定的超导螺管,磁流体发电用鞍型超导磁体及核聚变托卡马克用D型超导环形磁体的预先研究工作。

4)  充分利用对外开放的大好形势,与西德、美国、法国、瑞士、日本等国的主要应用超导研究单位建立了紧密的交流合作关系,有计划地将骨干同志派往国际先进单位从事短期合作,持续参加主要国际会议,如磁体工艺会议,低温工程会议,进行学术交流,努力成为国际应用超导大家庭的重要成员。我自己也在19831984年应邀在西德卡尔斯卢厄核中心技术物理所参加TESPE环形超导磁体的实验研究与LCT大线圈试验工作,1987年春应邀在日本高能物理所参加Nb3Sn二极磁体的实验研究。八十年代全室五、六十位工作人员约有一半在国外工作过。

5)  在改革开放以前,我们做科技工作,主要考核任务完成的好坏,不提倡发表论文,写文章被看成是名利思想的表现。走向世界后,国际交流主要靠文章,水平高低也常由文章来体现,有成果就要鼓励大家写成论文,到国际上发表,科技工作逐渐走上了正路。整个研究室每年的论文也进入了国际同行的前列。

通过上述多方面的工作与近十年的持续努力,所中确实成长起来了一支超导电工队伍,是国内工作的主力部队,跟上了国际水平,成为国际的重要成员,这支队伍已具备了一定的研制实用超导磁体的能力。随着改革的深化,八十年代中期,中国科学院的工作已不满足于仅做赶超世界先进水平的研究工作,提出要面向国民经济主战场,为国民经济发展做出贡献。小平同志的“发展高科技,实现产业化”的号召深入人心。我们将工作重心转向了接受各种超导磁体的实用任务,在完成实用磁体过程中继续提高技术。在八十年代中期以后的十多年里,主要做了下列几方面的工作:

1)       磁流体发电用,室温孔径0.44,磁长1.0,中心磁场4万高斯,储能8.65兆焦耳的大型鞍型磁体系统。

2)       室温孔径0.5,中心磁场3.5万高斯的高岭土提纯用超导磁分离工业样机。

3)       300千瓦超导单极电机。

4)       HEMS-1超导螺旋式电磁流体推进试验船。

5)       超导磁拉单晶,超导磁扫雷等的实用研究。

6)       无液氦超导磁体系统的研制与应用。

这些磁体系统的研制成功获得了中国科学院与部委科技进步奖五项,证实了我国超导磁体技术已成熟到可以实际应用,锻炼成长了相应的工程技术队伍,积累了应用的经验。1988年担任电工所所长后,我在一线直接从事科技工作的时间与精力显著减少,室组的领导工作已由林良真、易昌练同志担任,但一直还在主持有关项目工作。

图:1997年初与主要研制人员合影于研制成功的磁流体发电用大鞍二极超导磁体系统前(居中为严陆光院士)

 

  九十年代中期以来,我们已大体具备了根据实际需求,设计、研制与提供实用超导磁体的能力,但由于长期以来人们没有可用的强磁场,还没有形成规模应用产品的市场需求,努力开拓强磁场的多方面应用,特别是规模产品的应用,成为推动实现产业化的关键。另一方面,八十年代末发现了可在液氮温度下使用的高临界温度超导体,九十年代中期已研制成实用的高临界温度超导线。这些导线可用于工频下保持超导,人们看到了超导工频电力应用的美好前景,开始了积极的超导电力的研发与示范工作。电工所的应用超导工作已先后由林良真、余运佳、肖立业、王秋良同志领导进行。虽然我已将主要精力转入推动全所其它电工新技术的发展,如磁流体发电与推进、磁浮列车、可再生能源发电、永久磁体等,仍继续做为队伍的一员摇旗呐喊推动强磁场应用与超导电力前进。

应用超导包括强磁场应用与超导电力要真正成长为国民经济的支柱产业,还需要在超导材料的发展,磁体与电力技术的研发,提高经济性,开拓大规模产品的应用,发展相应产业方面做大量工作。我们这一代人大多数已经退休或接近退休,希望年青一代能更快更好地成长,挑起进一步发展与产业化重担,真正实现本世纪上半叶电气工程进入超导电力与大规模强磁场应用的新时代。

图:1997年路甬祥院长视察AMS用永久磁体

 

承蒙肖立业、王秋良同志的大力支持,王晖等同志和研究生同学精心细致的工作,中国电力出版社周娟、高军同志的热心努力,得以在2007年出版了我的“磁浮交通文集”后,将我多年来发表的应用超导近百篇论文与少量内部报告整理成这本“应用超导文集”正式出版。希望它能为从事应用超导的科技工作者,以及电气工程的广大师生研究参考,并能动员更多的年青同志下决心来积极推动我国应用超导事业的迅速发展。

本文集收入的论文是电工所一个大集体多年来团结奋斗的结果,这个集体先后包括:林良真、张永、易昌练、马宏达、余运佳、张宏、刘德成、李会东、张丰元、叶祖湘、韩燕生、荆伯弘、毕延芳、陈浩树、王式、王燕菊、赵惠娟、李光遂、秦洁、林企棠、李忆平、李晓山、旷远达、王子凯、薛翠玲、高智远、陈月莲、孔庆文、宋守森、戴银明、南和礼、沈伟俊、张永清、冯之鑫、雷沅忠、袁美艳、赵保志、罗昆仑、彭世万、杨鸿盛、林桂英、高广箴、王秋良、温华明、杨鹏、戴少涛、方家荣、李新民、唐海涛、李克文、肖立业等同志。所内及所外的陈敬林、蔡根鑫、屠规炳、葛文琪、唐绍栋、沙次文、周适、彭燕、杨爱华、黄惠珠等同志参加了有关项目的合作。

十分感谢我国知名的有关专家韩朔、管惟炎、洪朝生、赵忠贤、甘子钊、尹道乐、王魁武、周远、周廉、袁冠森、韩征和等的长期支持、指导与合作。十分感谢国际众多同行多方面的帮助、交流与合作,特别应提到:德国的KloseHeinzKomarekJuengstKutcheraWiik先生,日本的HirabayashiShintomiKyotaniTsuchiyaOnishiShimamotoKiyoshiWada先生,美国的王守田、MontgomeryRosnerSchneider-MuntauIwasaReardonStekly先生,俄罗斯的ZenkevitchVeselovskyTovmaChernoplekovKeilin先生,意大利的SacchettiSpadoniRossiNegrini先生,瑞士的BrechnaVecheyMorpurgo先生,法国的DesportesKircher先生等。十分感谢胡启恒、张厚英、赵志萱、杨昌琪、韩朔、申世民等院所领导对工作长期一贯的支持与鼓励。


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