日本超导技术研发的现状和未来
日本超导技术研发的现状和未来
广东电缆厂有限公司 2012-03-26讯：
1、超导研究开发的现状
1986年发现高温超导至今已过去十多年。刚刚发现高温超导现象时，媒体大力宣扬，平常一般不太关注科学技术之人也热衷于通过百货商店的实况热播来了解情况。证券公司、银行等金融机关寻求投资热点、工业界也将其作为未来发展对象开始了一系列的讨论。而讨论超导问题的学会、研讨小组也都是人才满堂。当时，日美正处于先端技术开发竞争之列，两国都调整研究开发体制争取早日研发出超导。
但是。1991年初，泡沫经济来袭，大众热议的“超导”也渐渐平息。况且，随着经济长期不景气，工业界很多企业接二连三撤出超导的开发研究工作。与同样位于高科技领域的多媒体技术相比，超导处于被大众遗忘的角落。
那么，超导的研究开发真的每况愈下、逐渐退出人们的视线了吗？倒不如说目前正逐渐推进超导技术实用化的研究开发。
新发现的物理现象到广泛应用于社会，一般需要花费10年来研究、研究出来后，应用并达到实用化还要再花费10年。如此算来，一项新技术的推广至少需要20年，要成为企业事业的核心支柱再花费十年也属正常现象。21世纪，超导技术将进入应用于各个领域百花齐放的研发时期。
2、超导技术给社会作出了什么样的贡献？
所谓超导现象是指某些物质的电阻在某种温度（这里是指“临界温度”）下电阻变为零的现象。高温超导被发现的意义在于：至今为止，超导物质只能在昂贵的液态氦（沸点为4.2K）冷却的状态下使用，这也暗示了临界温度较高的物质即无须室温冷却就能合成物质，使超导现象出现。
高温超导的发现源于1986年，位于瑞士的IBM研究所宣布发现高温超导物质的存在，此后，日本东京大学小组通过试验确认了该现象的存在。此外，日本研究学者还发现临界温度在110K的铋系高温超导物质，为超导研发作出了很大贡献。1988年，日本和私营企业成立国际超导产业技术研究中心，现在改研究中心在超导领域有“卓越中心”的美誉。
超导要想应用在工程上，就要利用临界温度以下电阻为零、消除磁场线、通过极薄的绝缘层在无电压的情况下有电流。这些超导特有的现象被电力、能源、电子、物流、医疗等技术领域所应用，为社会作出很大的贡献。
一、电力能源领域
据说，预计世界电力能源需求量将达到10700GKWH以上， 到2010年，发展中国家需求量将增加到15300GKWH。输电中因电阻造成的电力损失达到输电量的6%。如果通过超导电缆、超导电机及变压器等普及化，预计每年将会节约1000亿日元。此外，电量减少，二氧化碳排放量也相应减少，为防止地球变暖作出相应地贡献。通过超导磁体的使用，使发电机器小型、量轻、发电效率提高，大幅削减制造、物流、设置、维修费用。
此外，利用超导技术储藏电力能源最典型的方法是使用SMES（超导储藏能源系统）。SMES通过超导磁铁圈储藏电力，必要时，通过既存的发电机和电池，为用户提供价廉质优的电力。
二、电子领域
近年来，信息通信机器发展飞速，各种电子零部件使用在这些机器中。以超导电子为代表的设备、卫星通信、移动通信等方面使用天线、共振器、过滤、线路延迟等等。这些无一不带有高性能、小型化、低电力消费的特征。
此外，人们也很关注超导应用于电脑上使用的超高速算术逻辑单元、开关元件、配线材料等方面。如果超导电脑实现的话，就会引发第二场电脑革命。
除此以外，超导还应用于医疗、交通运输等领域。
3、日本超导的未来会如何？
目前，日本工业、大学和国家研究机关合作，预计有1000多人投入超导的研发，一年的研究经费大概有400亿日元。1996年，政府在超导研究项目上投入资金高达200亿，这个数字可和美国政府在超导项目上的投资力度相匹敌。
比较日本、美国、欧洲超导技术水平，在高温超导线材等电力输送领域的研究开发，日本比美国、欧洲稍有优势，而在电子领域，美国在防卫、宇宙和通信信息产业较有优势，主导日本和欧洲。
日美欧超导研究相关人员都会参与一年一度的国际超导研讨小组（ISIS），该研讨小组是为使超导技术产品开发、实用化提供国际合作、交流的平台。1995年ISIS大会上，预计2010年，全球超导市场将达到750亿美元。其中，电子占全部市场份额的32%，医疗占24%，电力占16%，物流占8%，其它占20%。
如上所述，日本制定超导研究体制比美国稍早，全国上下共同积极推进这项事业的开展，现在也仅次于美国。那么，日本的超导研发和商业化究竟会有什么样的未来呢？
笔者于1995年曾组织超导团到美国的企业、大学、政府等公立研究所进行调查访问。该团体由产业界、学术界、政府的代表等组成。调查访问后，我敏锐地意识到，比起超导技术本身，在培养超导技术使其商业化管理方面，国家和企业有着很大的差异。这样下去，日本超导领域商业化阶段就会落于美国之后，理由如下：
一、美国主要是以国家重点实验室为核心，工业界、学术界和政府加大交流力度。其特征为：主要的国家重点实验室由私营企业和大学进行运营管理。政府和行业内的研究者调度制度也很完备。此外，国家超导项目推进中心也参与其中。周边的大学校园的学生也可以灵活安排时间参与。
二、在美国，与大型企业相比，合资企业和中小企业在超导商业化方面的研究积极性更高。这些合资企业和大学合作，在资金和研究设施方面，联邦政府也施以援助。此外，也和大企业合作共同完成。在市场规模尚小的阶段，合资企业及中小企业能主动出击，有着低成本将产品推向市场的优势。
三、研究开发的重点在市场所占比例较大、商业化较早的电子、医疗领域。美国在国防、宇宙工业和信息通信产业等方面有着巨大的市场。在卫星广播系统、移动通信系统等超导电子领域，国防部提供研究资金，安排调配超导产品。此外，在医疗领域，灵活使用丰富的政府资金，促进合资企业、大学、医院一体化的先端医疗诊断测试系统商业化。
四、美国联邦政府为了强化前沿科技产业的竞争力、创造就业机会，给私营企业补贴，用做各种各样技术研发的经费。特别是克林顿政权通过瞄准“前沿技术项目”（ATP）和军民两用技术开发的“技术再投资项目”（TRP），奖励企业、国家重点实验室和大学等共同项目的开发。
日本该怎样才能培养超导产业？
日本推进超导项目的研发主要以电力、电机、电子、电缆、材料等大企业为主。研究和开发的重点主要放在电力、能源领域的超导电缆、发电机等电力传输系统和SMES、飞轮等电力存储设备，交通运输领域上是磁悬浮铁路（MAGLEV）。
这些都是国家、电力、铁路公司和制造业共同完成的项目，据悉从开发到商业化需要一个很长的时期，预计是2010年到2020年。
日本超导电缆开发特征和美国相比，有以下几点不同。
一、以大企业为中心，合资企业、中小企业几乎没有参与研究开发。日本国际贸易、工业部设立的ISTEC中，会员也大多是大企业。
二、研究开发项目的重点在电力、能源和交通运输产业等社会基础设施领域，到商业化还需要很长的时间。
三、电力领域的应用：包含国家项目在内及未来超高速数字信号处理的应用等等都是以长期的基础研究为主。
虽然大企业有技术开发能力，但在实用化和商业化这个方面，小企业为了保住自己在市场上占有一席之地，有着很强的危机意识。关于新产品的开发上面也会格外慎重。特别是社会基础设施领域，要和已有产品、系统竞争合作。此外，大企业开发的产品，附加费用较高，这就导致成本增加。
在这样的情况下，日本超导业的研究不会立竿见影，超导研究开发之路任道重远。为了使日本超导有个多彩的未来，有必要采取以下措施。
一、大企业、ISTEC等积累的超导技术方面经验应该向中小企业开放。也就是说，大企业可以公开超导技术方面的知识产权，有偿让渡给有研发热情的小企业。会员公司在不使用知识产权的情况下，可以将使用权利让渡给非会员。如果大企业不希望这样的话，也可以通过合资企业拆分上市，使其产品化。因市场未成熟，在利基市场上，需要鼓励合资企业和中小企业商业化。
二、关于超导技术的应用，应该更加关注电子、医疗领域。确实，与美国相比，日本在防卫、宇宙方面占有市场较小，但在通信信息领域的技术革新成果较为显著。
今后，通信卫星、移动通信零部件、设备应用等方面有望有突破性进展。而日本的高龄化日益加剧，医疗器械、传感器的超导化方面也备受关注。
因为在这个自由竞争的社会，这些领域的成本、性能、大众认可度方面比电力、交通运输更能实现短期商业化。如果成本能降低的话，占市场份额较大的电脑、家电、游戏机器等民生用品有望得到普及应用。
三、参与超导技术研究的人，有必要更加努力地让普通大众理解。和多媒体相反，超导仅尘封在专家们的世界中，还没有得到大众的理解和认可。因此，如果使大众对超导的未来持有悲观情绪，就是件非常遗憾的事了。不被社会理解的科学技术是没有发展前景的。
相关人员有必要进行“超导发烧友”再现的演出和启蒙工作。通过举办“超导EXPO”等活动向普通市民介绍“超导技术的现状和未来”，唤起大众对超导技术的关心。纵观发明、发现史，有很多是专家们未必能感知到的，这些意外发现正说明了群策群力的重要性。(本吉健也)