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一、 有關(guān)ITER的背景材料
1、簡(jiǎn)要概況
國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃 ，簡(jiǎn)稱“（ITER）計(jì)劃”，（ITER：International Thermonuclear Experimental Reactor），ITER計(jì)劃[4] 倡議于1985年，并于1988年開(kāi)始實(shí)驗(yàn)堆的研究設(shè)計(jì)工作。經(jīng)過(guò)十三年努力，耗資十五億美元，在集成世界聚變研究主要成果基礎(chǔ)上，ITER工程設(shè)計(jì)于2001年完成。此后經(jīng)過(guò)五年談判，ITER計(jì)劃 中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)七方2006年正式簽署聯(lián)合實(shí)施協(xié)定，啟動(dòng)實(shí)施ITER計(jì)劃。ITER計(jì)劃將歷時(shí)35年，其中建造階段10年、運(yùn)行和開(kāi)發(fā)利用階段20年、去活化階段5年。ITER計(jì)劃是目前世界上僅次于國(guó)際空間站的又一個(gè)國(guó)際大科學(xué)工程計(jì)劃。該計(jì)劃將集成當(dāng)今國(guó)際上受控磁約束核聚變的主要科學(xué)和技術(shù)成果，首次建造可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模聚變反應(yīng)的聚變實(shí)驗(yàn)堆，將研究解決大量技術(shù)難題，是人類受控核聚變研究走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵一步，因此備受各國(guó)政府與科技界的高度重視和支持。
核聚變研究是當(dāng)今世界科技界為解決人類未來(lái)能源問(wèn)題而開(kāi)展的重大國(guó)際合作計(jì)劃。與不可再生能源和常規(guī)清潔能源不同，聚變能具有資源無(wú)限，不污染環(huán)境，不產(chǎn)生高放射性核廢料等優(yōu)點(diǎn)，是人類未來(lái)能源的主導(dǎo)形式之一，也是目前認(rèn)識(shí)到的可以最終解決人類社會(huì)能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題、推動(dòng)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。ITER計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)聚變能商業(yè)化必不可少的一步，其目標(biāo)是驗(yàn)證和平利用聚變能的科學(xué)和技術(shù)可行性。ITER計(jì)劃集成了當(dāng)今國(guó)際受控磁約束核聚變研究的主要科學(xué)和技術(shù)成果，擁有可靠的科學(xué)依據(jù)并具備堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。國(guó)際上對(duì)ITER計(jì)劃的主流看法是：建造和運(yùn)行ITER的科學(xué)和工程技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，成功的把握較大，經(jīng)過(guò)示范堆、原型堆核電站階段，可在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)聚變能商業(yè)化。ITER計(jì)劃是我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)有機(jī)會(huì)參加的最大的多邊國(guó)際大科學(xué)工程合作項(xiàng)目。參加ITER計(jì)劃有利于大幅度提升我國(guó)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域參加國(guó)際合作的層次；有利于推動(dòng)我國(guó)聚變能研究開(kāi)發(fā)，加快我國(guó)聚變能開(kāi)發(fā)進(jìn)程；有利于我國(guó)學(xué)習(xí)掌握大型國(guó)際科學(xué)工程項(xiàng)目的建設(shè)、管理、運(yùn)行和維修經(jīng)驗(yàn)；有利于提高我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)、稀有金屬材料技術(shù)、高電壓技術(shù)等眾多領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)能力；有利于鍛煉和造就一批高水平、高素質(zhì)的科研人員、工程技術(shù)人員和管理人員，為我國(guó)聚變事業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)人才基礎(chǔ)。2003年1月國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)我國(guó)參加ITER計(jì)劃談判，經(jīng)過(guò)三年談判，2006年5月24日，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，中國(guó)ITER談判聯(lián)合小組代表我國(guó)政府與歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)共同草簽了ITER計(jì)劃協(xié)定，標(biāo)志著ITER計(jì)劃進(jìn)入全面實(shí)施的準(zhǔn)備階段。2006年5月24日，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部代表我國(guó)政府與其他六方一起，在比利時(shí)首都布魯塞爾草簽了《國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（International Thermonuclear Experimental Reactor）聯(lián)合實(shí)施協(xié)定》。這標(biāo)志著ITER計(jì)劃實(shí)質(zhì)上進(jìn)入了正式執(zhí)行階段，即將開(kāi)始工程建設(shè)，也標(biāo)志著我國(guó)實(shí)質(zhì)上參加了ITER計(jì)劃。
ITER裝置不僅反映了國(guó)際聚變能研究的最新成果，而且綜合了當(dāng)今世界各領(lǐng)域的一些頂尖技術(shù)，如：大型超導(dǎo)磁體技術(shù)，中能高流強(qiáng)加速器技術(shù)，連續(xù)、大功率毫米波技術(shù)，復(fù)雜的遠(yuǎn)程控制技術(shù)等等。
2、聚變?cè)?/b>
歐盟、美、中、俄等2006年草簽系列合作協(xié)議
如果說(shuō)重原子核在中子打擊下分裂放出的"裂變能"是當(dāng)今原子能電站及原子彈能量的來(lái)源，則兩個(gè)氫原子核聚合反應(yīng)放出"核聚變能"就是宇宙間所有恒星（包括太陽(yáng)）釋放光和熱及氫彈的能源。人類已經(jīng)能控制和利用核裂變能，但由于很難將兩個(gè)帶正電核的輕原子核靠近從而產(chǎn)生聚變反應(yīng)，控制和利用核聚變能則需要?dú)v經(jīng)長(zhǎng)期的、非常艱苦的研發(fā)歷程。在所有的核聚變反應(yīng)中，氫的同位素---氘和氚的核聚變反應(yīng)（即氫彈中的聚變反應(yīng)）是相對(duì)比較易于實(shí)現(xiàn)的。
氘氚核聚變反應(yīng)也可以釋放巨大能量。氘在海水中儲(chǔ)量極為豐富，一公升海水里提取出的氘，在完全的聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量；氚可在反應(yīng)堆中通過(guò)鋰再生，而鋰在地殼和海水中都大量存在。氘氚反應(yīng)的產(chǎn)物沒(méi)有放射性，中子對(duì)堆結(jié)構(gòu)材料的活化也只產(chǎn)生少量較容易處理的短壽命放射性物質(zhì)。聚變反應(yīng)堆不產(chǎn)生污染環(huán)境的硫、氮氧化物，不釋放溫室效應(yīng)氣體。再考慮到聚變堆的固有安全性，可以說(shuō)，聚變能是無(wú)污染、無(wú)長(zhǎng)壽命放射性核廢料、資源無(wú)限的理想能源。受控?zé)岷司圩兡艿拇笠?guī)模實(shí)現(xiàn)將從根本上解決人類社會(huì)的能源問(wèn)題。
考慮到氘和氚原子核能產(chǎn)生聚變反應(yīng)的條件，若要求氘、氚混合氣體中能產(chǎn)生大量核聚變反應(yīng)，則氣體溫度必須達(dá)到1億度以上。在這樣高的溫度下，氣體原子中帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核已完全脫開(kāi)，各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。這種完全由自由的帶電粒子構(gòu)成的高溫氣體被稱為"等離子體"。因此，實(shí)現(xiàn)"受控?zé)岷司圩?首先需要解決的問(wèn)題是用什么方法及如何加熱氣體，使得等離子體溫度能上升到百萬(wàn)度、千萬(wàn)度、上億度。但是，超過(guò)萬(wàn)度以上的氣體是不能用任何材料所構(gòu)成的容器約束，使之不飛散的，因此必須尋求某種途徑，防止高溫等離子體逃逸或飛散。具有閉合磁力線的磁場(chǎng)（因?yàn)閹щ娏Ｗ又荒苎卮帕�運(yùn)動(dòng)）是一種最可能的選擇。對(duì)不同設(shè)計(jì)出的"磁籠"中等離子體運(yùn)動(dòng)行為及防止逃逸的研究（即所謂穩(wěn)定性研究），成為實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩兊牡诙䝼�(gè)難點(diǎn)。如果要使高溫等離子體中核聚變反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行，上億度的高溫必須能長(zhǎng)時(shí)間維持（不論靠聚變反應(yīng)產(chǎn)生的部分能量，或外加部分能量）。或者可以說(shuō)，等離子體的能量損失率必須比較小。提高磁籠約束等離子體能量的能力，這是論證實(shí)現(xiàn)磁約束核聚變的科學(xué)可行性的第三個(gè)主要內(nèi)容。除了驗(yàn)證科學(xué)可行性外，建設(shè)一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的聚變反應(yīng)堆還需要解決加料、排廢、避免雜質(zhì)、中子帶出能量到包層、產(chǎn)氚及返送以及由于聚變反應(yīng)產(chǎn)生大量帶電氦原子核對(duì)等離子體的影響等一系列科學(xué)和工程上的難題。
從20世紀(jì)40年代末起，各國(guó)就開(kāi)發(fā)了多種磁籠途徑，并由之出發(fā)，對(duì)聚變能科學(xué)可行性展開(kāi)了不同規(guī)模的理論與實(shí)驗(yàn)探索研究。投入科學(xué)家及工程師上千人，經(jīng)費(fèi)總計(jì)每年超過(guò)10億美元。各途徑競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，其間紛爭(zhēng)不斷。在這過(guò)程中，人們對(duì)實(shí)現(xiàn)聚變能難度的認(rèn)識(shí)也逐步加深。但從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)明的"托克馬克"途徑逐漸顯示出了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，并在80年代成為聚變能研究的主流途徑。托克馬克裝置又稱環(huán)流器，是一個(gè)由環(huán)形封閉磁場(chǎng)組成的"磁籠"。等離子體就被約束在這"磁籠"中，很像一個(gè)中空的面包圈,等離子體環(huán)中感生一個(gè)很大的環(huán)電流。隨著各國(guó)大小不一的托克馬克裝置的建成、投入運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)，托克馬克顯示了較為光明的前景：等離子體達(dá)到了數(shù)百萬(wàn)度，等離子體約束也獲得了明顯效果。科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到，如果擴(kuò)大此類裝置的規(guī)模，有可能獲得接近聚變條件的等離子體。
20世紀(jì)90年代，在歐洲、日本、美國(guó)的幾個(gè)大型托克馬克裝置上，聚變能研究取得突破性進(jìn)展。不論在等離子體溫度、在穩(wěn)定性及在約束方面都已基本達(dá)到產(chǎn)生大規(guī)模核聚變的條件。初步進(jìn)行的氘-氚反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，得到16兆瓦的聚變功率�？梢哉f(shuō)，聚變能的科學(xué)可行性已基本得到論證，有可能考慮建造"聚變能實(shí)驗(yàn)堆"，創(chuàng)造研究大規(guī)模核聚變的條件。
二、超導(dǎo)線材發(fā)展前景
1、高溫超導(dǎo)帶材及其電力應(yīng)用的必要性和前景展望
每一次國(guó)際金融危機(jī)都會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)上大變革，而決定經(jīng)濟(jì)危機(jī)應(yīng)對(duì)取得勝利的關(guān)鍵是科技的力量。培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶，特別是新興的戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)占領(lǐng)科技的制高點(diǎn)，也就是占領(lǐng)新型產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)，將決定著一個(gè)國(guó)家的未來(lái)。超導(dǎo)技術(shù)無(wú)疑已成為目前世界各國(guó)全力爭(zhēng)取的科技制高點(diǎn)之一。
超導(dǎo)技術(shù)是21世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的綜合性高新技術(shù)，具有前瞻性、戰(zhàn)略性。超導(dǎo)帶材是超導(dǎo)電力應(yīng)用的基礎(chǔ)，第二代高溫超導(dǎo)帶材作為目前實(shí)用超導(dǎo)材料最為理想的選擇和必然發(fā)展趨勢(shì)。毫無(wú)疑問(wèn)，它的研制和發(fā)展是占領(lǐng)超導(dǎo)技術(shù)與相關(guān)高新科技產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的重要途徑，可創(chuàng)造具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
隨著美國(guó)提出以能源為主的振興經(jīng)濟(jì)計(jì)劃，能源就成為下一個(gè)戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)。在奧巴馬的能源戰(zhàn)略中有兩張網(wǎng)，一個(gè)是智能電網(wǎng)，一個(gè)是超導(dǎo)電網(wǎng)。這兩張網(wǎng)資源消耗低、帶動(dòng)系數(shù)大、就業(yè)機(jī)會(huì)多、綜合效益好并具有廣闊的市場(chǎng)前景。如前所述，如果美國(guó)大力發(fā)展超導(dǎo)電網(wǎng)，8－10內(nèi)其相應(yīng)的市場(chǎng)將達(dá)到30萬(wàn)億美元，僅此一產(chǎn)業(yè)即可抵全球GDP的40%(相對(duì)2008年GDP總值) 。
與世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)一樣，我國(guó)主要城市特別上海市，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)電能的需求量日益增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)的容量越來(lái)越大，人們對(duì)電能質(zhì)量和安全的要求也越來(lái)越高，需要對(duì)傳統(tǒng)的電力工業(yè)技術(shù)進(jìn)行革新改造。根據(jù)美國(guó)長(zhǎng)島示范工程經(jīng)驗(yàn)，一根超導(dǎo)電纜大約可以提供3～5萬(wàn)個(gè)家庭供電，覆蓋10～20萬(wàn)人口。依此推算，一根超導(dǎo)電纜基本可以滿足上海的整個(gè)陸家嘴地區(qū)的供電。
我國(guó)主要城市如上海市，現(xiàn)有的常規(guī)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)存在一些難以克服的缺乏，嚴(yán)重地阻礙電力系統(tǒng)的發(fā)展，至少表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①隨著電網(wǎng)容量的增加和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的短路容量越來(lái)越大。不加限制的短路電流對(duì)電氣設(shè)備和正常的工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)很大的危害，還可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰;②常規(guī)電力技術(shù)缺乏快速功率調(diào)節(jié)技術(shù)。這使得電力系統(tǒng)的功率只能維持基本的平衡。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)特別是大的故障，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的功率失衡，從而引起系統(tǒng)崩潰并對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生破壞性的危害;③常規(guī)電力系統(tǒng)的效率受到Cu，Al等基本導(dǎo)電材料的限制，要進(jìn)一步提高難度很大;④常規(guī)電氣設(shè)備占地面積大，而人口密度的大中城市正是負(fù)荷中心。隨著上海市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)電能需求量也不斷增加，因此電網(wǎng)占地的需求量也越來(lái)越大。要解決這一問(wèn)題，必須對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行根本性的變革;⑤可再生能源如太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電和潮汐能發(fā)電的能量密度低，且易受氣候條件的影響。
要使這些能源能充分有效的利用，必須采用新的技術(shù)措施改善其品質(zhì)，同時(shí)使其能有效地儲(chǔ)存并與大電網(wǎng)聯(lián)結(jié)。中國(guó)科學(xué)院最近公布的中國(guó)至2050年能源科技發(fā)展路線圖指出:2020年、2050年中國(guó)電力裝備安全技術(shù)和電網(wǎng)安全新技術(shù)比重將達(dá)到50%和90%。屆時(shí)超導(dǎo)電力裝置將在電力系統(tǒng)中得到多層次的大規(guī)模應(yīng)用。
如前所述，世界范圍內(nèi)能源供應(yīng)越來(lái)越緊張，而大量能耗都是浪費(fèi)在傳輸線上。2008年全國(guó)社會(huì)用電總量近35 000億千瓦時(shí)，按中國(guó)輸電損耗率約為8%～9% 計(jì)算，中國(guó)每年電量損耗高達(dá)3000億度，相當(dāng)于3個(gè)投資在1200億元以上的核電站總發(fā)電容量。其中上海市約占3.6% ，每年損耗約112 億度電，折合人民幣100多億元。到2010年，我國(guó)總發(fā)電容量將達(dá)到550 GW，電網(wǎng)的總損耗將達(dá)到47GW，上海地區(qū)電網(wǎng)消耗將達(dá)到170億度。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及每年總發(fā)電量的增加，線路耗損數(shù)目將更加龐大。超導(dǎo)材料無(wú)電阻，能大幅度地降低輸電路的損耗。通過(guò)降低電網(wǎng)的損耗，不僅可提高效率，而且可降低燃煤發(fā)電量，從而減少污染排放量�？梢�(jiàn)，發(fā)展超導(dǎo)帶材及其傳輸電纜將提升和改革電力電網(wǎng)，不但能增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、優(yōu)化城市環(huán)境，而且對(duì)節(jié)能減排以及低碳經(jīng)濟(jì)都有非同尋常的意義。
另外，隨著超導(dǎo)材料的規(guī)�；a(chǎn)，超導(dǎo)電力將會(huì)得到大力發(fā)展，由此形成的超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)將會(huì)整合來(lái)自各式各樣的新技術(shù)研發(fā)、新產(chǎn)品制造、新服務(wù)企業(yè)和新型投融機(jī)制以及標(biāo)準(zhǔn)的制定和安全監(jiān)控機(jī)構(gòu)等。上海市如能占領(lǐng)超導(dǎo)帶材這一超導(dǎo)電力高科技的制高點(diǎn)，可望能創(chuàng)造出新的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)力和投資機(jī)遇，增加大量的就業(yè)機(jī)會(huì)。
未來(lái)10年，隨著第二代高溫超導(dǎo)帶材關(guān)鍵制備技術(shù)的突破，一個(gè)以第2代超導(dǎo)帶材為核心的超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)井噴現(xiàn)象。由此將會(huì)產(chǎn)生行業(yè)眾多的上、下游產(chǎn)業(yè)鏈，屆時(shí)我國(guó)主要城市，例如上海市的行業(yè)格局將會(huì)有所變化，也將大大促進(jìn)上海市相關(guān)傳統(tǒng)企業(yè)的產(chǎn)品更新和技術(shù)革新進(jìn)步。
1967年光纖被華裔科學(xué)家高錕(2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者)發(fā)明，30年后人們利用光纖技術(shù)成功推進(jìn)信息產(chǎn)業(yè)革命。1987年兩位華人朱經(jīng)武、趙忠賢同時(shí)發(fā)現(xiàn)高于YBaCuO 超導(dǎo)體，10年后的1997年人們實(shí)現(xiàn)第一代高溫超導(dǎo)帶材的產(chǎn)業(yè)化制備，2004年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)�？v觀光纖材料的發(fā)明、到首次材料商業(yè)化、再到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的歷程，高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展階段非常相似。由此可以推測(cè)超導(dǎo)材料與電纜在電力傳輸方面的應(yīng)用很可能像光纖與光纜在信息傳輸方面的應(yīng)用一樣在其發(fā)現(xiàn)30周年后得到大規(guī)模的發(fā)展，這實(shí)際上與國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和各類預(yù)測(cè)十分吻合。
根據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢(shì)，未來(lái)10年之后，隨著超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化，超導(dǎo)電力應(yīng)用，包括超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)磁懸浮車、超導(dǎo)電磁推進(jìn)器、超導(dǎo)電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛機(jī)和高溫超導(dǎo)磁成像儀將逐步在上海市的各種領(lǐng)域和場(chǎng)所出現(xiàn)。超導(dǎo)技術(shù)最終將給我們的城市帶來(lái)變革性的影響。超導(dǎo)帶材及其電纜應(yīng)用技術(shù)是國(guó)家和地方發(fā)展智能電網(wǎng)的迫切需求，根據(jù)2010年7月上海市人民政府與國(guó)家電網(wǎng)在滬簽署的關(guān)于智能電網(wǎng)建設(shè)戰(zhàn)略合作協(xié)議，上海市將率先發(fā)展智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，將重點(diǎn)發(fā)展包括“高溫超導(dǎo)”等7個(gè)方面產(chǎn)業(yè)和技術(shù)。國(guó)家電網(wǎng)與上海市人民政府將分別在北京、上海進(jìn)行大長(zhǎng)度超導(dǎo)電纜并網(wǎng)示范項(xiàng)目建設(shè)。為降低成本和防止國(guó)外技術(shù)封鎖，急需國(guó)內(nèi)有關(guān)單位研制出高質(zhì)量的2G高溫超導(dǎo)帶材，并能實(shí)現(xiàn)批量化制備，進(jìn)而為將來(lái)超導(dǎo)電力工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
盡管超導(dǎo)材料種類層出不窮，實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料卻難以一蹴而就。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，基于Y系薄膜的第二代高溫超導(dǎo)帶材逐步發(fā)展成熟，在完成了千米級(jí)連續(xù)化外延工藝和性能的優(yōu)化之后，已成為目前液氮溫度超導(dǎo)性能最好的材料，處于產(chǎn)業(yè)化前夜。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的低成本、高機(jī)械強(qiáng)度和高不可逆磁場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)，滿足更廣范圍的應(yīng)用需求，人們正在努力推動(dòng)第2代高溫超導(dǎo)帶材向低成本、穩(wěn)定化和規(guī)�；较虬l(fā)展�？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著第二代高溫超導(dǎo)帶材研究技術(shù)的進(jìn)一步成熟，其性能價(jià)格比也將大幅下降，最終將會(huì)降低到10～25$/kA·m，接近或低于Cu的性價(jià)比。屆時(shí)開(kāi)展各種大規(guī)模超導(dǎo)應(yīng)用將變?yōu)榭赡埽袌?chǎng)需求和產(chǎn)值也將會(huì)出現(xiàn)井噴的局面。正如半導(dǎo)體帶來(lái)了資訊時(shí)代、光纖帶來(lái)了傳訊時(shí)代，高溫超導(dǎo)材料將從根本上改變?nèi)祟惖挠秒姺绞�，給電力、能源、交通以及其它與電磁有關(guān)的科技業(yè)帶來(lái)革命性的發(fā)展。
2、低溫超導(dǎo)材料
１９１１年荷蘭物理學(xué)家卡莫林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在低溫下具有零電阻的超導(dǎo)電性，開(kāi)創(chuàng)了超導(dǎo)新紀(jì)元，為超導(dǎo)在電力應(yīng)用上描繪了美好的前景。１００年來(lái)，人們對(duì)超導(dǎo)的研究從未停止。１９３３年，荷蘭的物理學(xué)家邁斯納和奧森費(fèi)爾德又發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的完全抗磁性，稱為邁斯納效應(yīng)，成為超導(dǎo)磁懸浮應(yīng)用的基礎(chǔ)。
１９６２年劍橋大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理研究生約瑟夫遜提出在超導(dǎo)結(jié)中電子對(duì)可以通過(guò)絕緣層形成無(wú)阻的超導(dǎo)電流，這個(gè)現(xiàn)象稱作約瑟夫遜效應(yīng)，成為微弱電磁信號(hào)探測(cè)和其他電子學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)。超導(dǎo)現(xiàn)象自從被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就以其獨(dú)特的魅力持續(xù)不斷地吸引著廣大科學(xué)家的關(guān)注，這不僅因?yàn)樗芡昝赖卣故疚锢韺W(xué)的一些重要規(guī)律，史重要的是它具有很多潛在的應(yīng)用，如能源、信息、醫(yī)療、交通、國(guó)防、科學(xué)研究及國(guó)防軍工等重大工程，被譽(yù)為２１世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)。
１００年來(lái)超導(dǎo)研究歷史伴隨著超導(dǎo)材料的發(fā)展，超導(dǎo)材料的發(fā)展是一個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，從早期的單質(zhì)、合金到一元乃至現(xiàn)在的多元化合物。超導(dǎo)材料的發(fā)展過(guò)程，本質(zhì)上說(shuō)也是一個(gè)臨界溫度不斷提高的過(guò)程。人們?cè)诮饘俸秃辖�、化合物和有機(jī)物等材料中也發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了一系列的超導(dǎo)材料。從１９１１年到１９８６年，７５年間從水銀的４．２Ｋ提高到鈮三鍺的２３．２２Ｋ，僅僅提高了１９Ｋ。１９８６年，瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銅氧化合物超導(dǎo)體，掀起了高溫超導(dǎo)研究的熱潮，臨界溫度不斷被突破，可以達(dá)到１５０Ｋ。然而，超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)至今，實(shí)用化的超導(dǎo)材料寥寥無(wú)幾，脆性的氧化物超導(dǎo)材料如何制成柔細(xì)的線材成為目前高溫超導(dǎo)的瓶頸。然而，１９世紀(jì)６０年代初期發(fā)現(xiàn)的Ｎｂ－Ｔｉ超導(dǎo)材料以其易加工、低成本、耐用成為最成功實(shí)用化、商業(yè)化的超導(dǎo)材料，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。尤其是近年來(lái)制冷技術(shù)的發(fā)展，打破了制約ＮｂＴｉ低溫超導(dǎo)材料應(yīng)用的枷鎖，極大的減少了Ｎｂ－Ｔｉ超導(dǎo)在應(yīng)用過(guò)程的液氦消耗，甚至開(kāi)發(fā)出了無(wú)液氦制冷技術(shù)。ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料已成為超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的先鋒，在醫(yī)療磁共振、磁共振分析譜儀、磁懸浮、磁分選、高能物理、單晶硅生長(zhǎng)、超導(dǎo)儲(chǔ)能等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的應(yīng)用前景
超導(dǎo)材料以其零電阻、完全抗磁性的特點(diǎn)，在強(qiáng)調(diào)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的今天具有廣闊的應(yīng)用前景。ＮｂＴｉ３９ �。危猓裕槌瑢�(dǎo)材料及其產(chǎn)業(yè)化前景分析 超導(dǎo)材料作為一種成熟的商品化超導(dǎo)材料，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，２０１１年消耗量超過(guò)３０００Ｔ。低溫ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的產(chǎn)值占據(jù)了超導(dǎo)材料近９０％的市場(chǎng)，而且以每年５％～１０％的速度增長(zhǎng)。
世界超導(dǎo)材料市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)及預(yù)測(cè)
雖然近年來(lái)高溫超導(dǎo)的發(fā)展非常迅猛，但是Ｎｂ－Ｔｉ超導(dǎo)材料在短期內(nèi)是其他超導(dǎo)材料無(wú)法替代的。圖５展示了ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料與其他高溫超導(dǎo)材料的價(jià)格變化比較。ＮｂＴｉ超導(dǎo)以其低廉的價(jià)格在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間還具有廣闊的前景。高溫超導(dǎo)陶瓷相的特殊結(jié)構(gòu)，使得其制備成本居高不下，脆性的陶瓷相給工程化應(yīng)用也帶來(lái)了難度，短期內(nèi)的大規(guī)模應(yīng)用還不現(xiàn)實(shí)。表２列出了不同應(yīng)用領(lǐng)域要求的超導(dǎo)電流密度和磁場(chǎng)指標(biāo)，可以看出在實(shí)際的工程化應(yīng)用的場(chǎng)強(qiáng)背景下，ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的臨界電流密度（３．０×１０５�。粒悖恚玻溃担�，４．２Ｋ）具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其在醫(yī)療磁共振、工業(yè)磁分選、工業(yè)單晶生長(zhǎng)具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
４�。危猓裕槌瑢�(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化分析
近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)、和諧社會(huì)的發(fā)展需求，超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化迅猛發(fā)展，極大的促進(jìn)了各超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用企業(yè)對(duì)超導(dǎo)材料的需求，尤其是醫(yī)用核磁共振、磁分選、超導(dǎo)磁控單晶硅直拉、高能物理上的長(zhǎng)足發(fā)展，對(duì)ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的需求十分迫切。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前涉及超導(dǎo)磁共振（ＭＲＩ）系統(tǒng)生產(chǎn)的本土企業(yè)已超過(guò)１０家，如上海美時(shí)醫(yī)療、上海聯(lián)影醫(yī)療、上�？ǜ＠铡⒛暇┴S盛超導(dǎo)、蘇州安科、北京匯影醫(yī)療、北京萬(wàn)東醫(yī)療、遼寧開(kāi)普醫(yī)療、東軟醫(yī)療、寧波鑫高益等。此外還有醫(yī)療設(shè)別三大壟斷企業(yè)ＧＥ ｈｅａｌｔｈｅｃａｒｅ、Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｓｉｅｍｅｎｓ均有在中國(guó)設(shè)立制造基地。僅醫(yī)療超導(dǎo)磁共振一個(gè)領(lǐng)域就展現(xiàn)出了巨大的需求。２０１１年，超導(dǎo)磁共振消耗ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料約３００Ｔ，預(yù)計(jì)到２０１５年將超過(guò)６００噸，到２０１８年將超過(guò)１０００噸。
在超導(dǎo)磁共振分析譜儀（ＮＭＲ）也有了產(chǎn)業(yè)化的希望，２０１０年１２月１３日，由金山研究（大連）核磁共振科技有限公司和中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所合作，成立了中科金山武漢核磁共振科技有限公司，開(kāi)始生產(chǎn)５００ＭＨｚ核磁共振波譜儀。超導(dǎo)磁共振分析譜儀的壟斷企業(yè)安捷倫（Ａｇｉｌｅｎｔ�。裕澹悖瑁睿铮欤铮纾椋澹�，Ｌｔｄ．）也有中國(guó)制造的設(shè)想。
在磁分選領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)化也已初顯。濰坊新力超導(dǎo)磁電科技有限公司與中科院高能物理研究所共同開(kāi)發(fā)超導(dǎo)磁選機(jī)、超導(dǎo)污水處理等項(xiàng)目被列入濰坊市重大發(fā)展合作項(xiàng)目，該項(xiàng)目總投資３億元，一期工程投資６０００萬(wàn)元，現(xiàn)已具備商業(yè)化生產(chǎn)的能力。撫順隆基磁電設(shè)備有限公司與中科院電工所聯(lián)合研制超導(dǎo)高梯度磁分離機(jī)，適用于微細(xì)粒級(jí)弱磁性和順磁性物料的分選，主要用于高嶺土等陶瓷原料的提純、煤脫硫、污水處理等。
在大規(guī)格單晶硅（３００ｍｍ 以上）是我國(guó)信息電子、太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大軟肋。超導(dǎo)磁控單晶硅直拉設(shè)備（ＭＣＺ）成為制約我國(guó)單晶硅產(chǎn)業(yè)升級(jí)的瓶頸技術(shù)，已被列入“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。目前，光伏設(shè)備制造的龍頭企業(yè)北京京運(yùn)通已在積極開(kāi)發(fā)，在不久的將來(lái)超導(dǎo)ＭＣＺ的國(guó)產(chǎn)化將助推我國(guó)信息電子、太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的再一次騰飛。高能物理是一個(gè)國(guó)家科技水平發(fā)展的標(biāo)志，近年來(lái)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程（ＢＥＰＣＩＩ）、上海同步輻射光源（ＳＳＲＦ）、加速器驅(qū)動(dòng)次臨界潔凈核能系統(tǒng)（ＡＤＳ）、中國(guó)散裂中子源等高能物理的國(guó)家大型項(xiàng)目的啟動(dòng)更是進(jìn)一步推動(dòng)了ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的市場(chǎng)需求。此外，還有在ＩＴＥＲ項(xiàng)目點(diǎn)火成功后，在中國(guó)建立的熱核聚變反應(yīng)堆，更是為中國(guó)ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化描繪了美好的藍(lán)圖。除了上述已初具產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料應(yīng)用領(lǐng)域，ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料在超導(dǎo)儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁懸浮也展現(xiàn)了極大的潛力。日本以ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料為基礎(chǔ)的山梨實(shí)驗(yàn)磁懸浮已經(jīng)取得圓滿成功，日本東海旅客鐵道公司以２０２７年投入運(yùn)營(yíng)為目標(biāo)，正圍繞磁懸浮中央新干線加快商業(yè)運(yùn)營(yíng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)。
從上述分析不難看出，隨著綜合國(guó)力的增強(qiáng)、科技的發(fā)展，中國(guó)對(duì)ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的需求將在未來(lái)五年內(nèi)呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長(zhǎng)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，到２０２０年中國(guó)ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料的需求將超過(guò)２５００噸，產(chǎn)值超過(guò)２０億人民幣。然而，目前國(guó)內(nèi)具備ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料生產(chǎn)的企業(yè)僅僅西部超導(dǎo)一家，目前其產(chǎn)能在１００Ｔ／年遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求，大量的ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料目前還需要依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國(guó)超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。ＮｂＴｉ超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)是２ｌ世紀(jì)的朝陽(yáng)工業(yè)，具有廣闊的前景和美好的未來(lái)。