张平祥:书写超导传奇

 

《陕西日报》20191205日科教版   记者 张梅  /

聚焦2019年陕西新增两院院士

用一流科技成果,诠释爱国为民家国情怀

编者按:

  20191122日,中国科学院和中国工程院公布2019年院士增选名单,陕西6名科学家榜上有名。截至目前,在陕两院院士总数达到70名,其中中国科学院院士26名、中国工程院院士44名,数量位居全国前列。

  两院院士是我国科学技术和工程技术方面的最高学术称号,是我国最顶尖的科学家代表。当选院士是国家对科学家学术成就的充分肯定,不仅是个人的荣誉,也是陕西省的骄傲。长期以来,他们在各自领域潜心钻研、艰辛探索,取得了突出的成绩,生动诠释了科技界爱国奉献、淡泊名利的优良传统,值得全社会学习。

   张平祥,教授级高级工程师,西北有色金属研究院院长。他是我国实用化超导材料学术带头人,在超导材料的应用基础研究、工程化和产业化方面,取得了一批国际领先的成果,发明多种核心制备技术,实现了我国超导材料及磁体产业化并跻身国际先进行列,填补了我国实用化超导材料的短板,解决了我国相关关键新材料卡脖子难题,有力支撑了国防装备和大科学装置的升级换代。他先后荣获国家技术发明奖二等奖2项、全国创新争先奖1项、省部级科技一等奖5项,为我国超导材料科技进步与产业化发展作出了突出贡献。


  1128日,在西部超导材料科技股份有限公司(简称西部超导)磁体制作车间,记者目睹了研究人员制作超导磁体的过程:长达万米、直径仅为头发丝十分之一细的超导线材被仔细缠绕成磁笼,强大的磁场就在这个磁笼中间产生。磁体制备工艺复杂,全世界只有为数不多的几家单位可以生产,西部超导就是其中之一。
  30多年来,张平祥专注于超导领域。他带领团队,打破国外技术垄断,艰苦攻关,书写了一段超导材料及其应用的传奇。
  书生办厂开启产业化之路
  超导是20世纪最重大的科学发现之一,指的是某些材料在温度降低到某一临界温度电阻突然消失的现象,具备这种特性的材料被称为超导体。超导材料在电力能源、高端医疗设备、轨道交通、大科学工程、军工等领域有着广泛的应用前景。
  20世纪80年代中后期,西方国家已经形成了成熟的超导材料产业链。我国的超导研究从二十世纪五六十年代开始,实验室取得的成果处于世界领先水平,却一直没能转化成产业。
  1985年开始,张平祥师从我国超导大师周廉(超导材料领域首席科学家、中国工程院首批院士),在实验室取得了丰硕的成绩。1994年,张平祥出国深造。在国外工作生活的几年,他亲眼看见了国外超导产业的发展成果和我国实用化的差距。让我国自主研发的超导材料走出实验室,实现产业化,成为张平祥的梦想。
  2003年,张平祥、冯勇、刘向宏3位同门师兄弟,抛下国外优厚的工作、生活条件,为了这个在别人看来特别书生气的梦想,在西安北郊的一片荒地上开始创业。
  对于书生办厂的说法,师兄弟三人采取了听之任之,再过几年且看之的态度。3个人在实验室如鱼得水,可对于如何创办企业却都是新手,一个个困难结结实实地摆在了他们面前。
  资金是他们遇到的第一个难题。因为之前国内从未有过超导材料产业化的尝试,大家都怀着不信任的态度,没有人投资。最难的时候,账上只剩1万多块钱。张平祥介绍,几个工地近千名工人,若不及时支付工程款,随时可能面临人去楼空的境况。
  从实验室迈向产业化,一边是他人的怀疑和实实在在的难题,一边是对理想的坚持。接下来该怎么办?在生死存亡的危急时刻,他们动员员工集资拯救公司。一开始,大家都很犹豫。张平祥无比坚定地告诉大家:现在农民种大棚菜都能活下去,如果我们干不下去了,这块地就种大棚菜吧!
  他的决心和坚持给了大家一剂强心针。团队七八个成员全部把房子抵押给银行贷款。短短一个星期,公司员工凑了1400万元。这笔钱解了燃眉之急,厂房得以顺利建设。2004116日,西部超导一期项目正式投产,结束了中国超导产业为零的历史。

 我国超导材料的产业化道路从此开启。
  助力人造太阳
  随着产业化的开始,他们又遇到了更严峻的问题。
  这还得从创办西部超导的初衷说起。国际热核聚变实验堆计划(简称ITER计划)是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,旨在利用核聚变产生的能量永久地解决人类能源危机。ITER计划的核心装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克,俗称人造太阳。其中能够约束上亿摄氏度反应温度的关键,就在于使用超导线材制造聚变反应系统核心装置托克马克线圈。
  20031月,我国正式参加国际ITER计划谈判。如果能参与到这个计划中,也就证明了我国具备超导材料产业化的能力,同时又能快速提升产业化水平。我们回国办厂,也是冲着这个目标而来的!张平祥介绍。
  2004年,公司接到了第一批国际订单——生产一批铌钛棒材。铌钛棒材是制备ITER计划核心装置所需超导线材的基础材料。大家对此十分兴奋,希望可以为以后制备铌钛线材积累经验。但是,棒材生产出来以后,呈狼牙棒状,完全达不到工艺要求。
  原本是想为铌钛线材的生产积累经验,但是现在却连工艺相对简单的前期产品都无法保证,大家无比痛心。张平祥说,这一事件在公司的发展中具有重要意义。它让大家更清楚地看到了实验室和产业化的差距,促使他们将实验室思维转化为产业思维。
  意识到了问题所在,张平祥带领团队立即重新更改技术参数,制定与之相适应的工艺操作流程,最终生产出了合格的产品。之后,他们又一路攻关,解决了困扰超导线材工程化应用多年的技术瓶颈,成为全球首家成功攻克国际热核反应聚变堆用超导线材导体设计和长线加工技术难关的供应商。
  20101220日,中国国际核聚变能源计划执行中心代表国际ITER组织,与西部超导签署了总量约210吨的超导线供货合同。西部超导参与人造太阳计划的梦想终于实现,并成为该项目唯一国内供货商。
  2011年,第一批铌钛线材样品下线。在ITER国际组织进行的对比测试中,鉴定委员会认为,其制备的高性能超导线材综合性能达到国际领先水平。在ITER计划的带动下,西部超导成为目前国内唯一的低温超导线材商业化生产企业,全球唯一的铌钛锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业,保障了国家急需关键材料的供应。
  至此,我国实用超导产品技术水平和性能跻身世界一流。中国的超导产业后来居上,赶超了与西方国家30年的发展差距。
  探索超导材料造福人类的新征程
  张平祥带领团队努力拓展造福人类、为国家服务的深度与广度,推动超导材料在更多领域的新应用。
  超导磁共振成像(MRI)是现代医疗影像诊断最重要的手段之一。它能够在不损害健康的前提下,快速获得患者身体内部结构的高精确度立体图像,帮助筛查、确诊早期重大疾病。但是,磁共振成像仪用超导线材的制备技术长期被欧美发达国家所垄断,导致进口仪器价格居高不下,难以在国内医院大量普及。
  团队突破了超导核磁共振成像仪用超导线材制造核心技术,研发出国内首根具有完全自主知识产权的核磁共振成像仪用超导线材,并建成我国首条年产能400吨的核磁共振成像仪用超导线材生产线。截至目前,相关产品已为美国通用电气、德国西门子等全球主要医疗影像设备供应商供货,占到全球市场份额的30%。随着产业化水平不断提升,这一比例还将不断扩大。
  该技术的研发和产业化,打破了长期以来我国超导线材依赖进口的状况,全面提升了我国超导材料制备技术的能力和水平,推动了我国超导材料科学及应用技术加速发展。超导核磁共振成像仪用超导线的国产化,使核磁共振医疗设备的进口价格降低50%。我们的愿景是不断提升其产业化生产能力,让更多基层医院用上价格便宜、成像清楚的高端医疗设备!张平祥说。
  与此同时,团队突破了磁体制备技术,实现了大尺寸单晶硅用超导磁体产业化,并不断拓展超导磁体在重离子、质子加速器肿瘤治疗、舰船综合电力系统、污水处理等新领域的应用。
  超导材料是新材料产业的代表之一,在科学研究、能源、国防、交通等众多领域举足轻重,具有重要的战略意义。我们还将布局探索超导材料在磁悬浮列车、量子干涉、电力传输等领域的应用。张平祥介绍。
  2019年,西部超导首批登陆科创板。说起书写超导传奇的秘诀,张平祥始终认为是团队的力量。作为国家三线建设单位,西北有色金属研究院保持着勇担重任、不怕困难、艰苦创业、艰苦奋斗的拼搏精神。大家齐心协力,攻坚克难,是能干成大事的关键!他说,当选院士,感觉身上的担子更重了。我会带领团队,攻克更多难题,为国家社会的发展作出新的贡献!

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