《麻省理工科技评论》近日发布了2022年度“35岁以下科技创新35人（tr35）”中国榜单，上海超导科技股份有限公司总裁朱佳敏博士榜上有名，成为唯一上榜的国内民营企业科创人才。《麻省理工科技评论》tr35评选具有全球影响力，谷歌创始人拉里·佩奇、谢尔盖·布林、crispr基因编辑技术发明人张锋等众多顶尖科创人才都曾入选。
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朱佳敏为何也能上榜？他的入选理由是：带领团队开发了高工程临界电流密度的高温超导带材并实现了批量化制备，为可控核聚变工程向紧凑型发展提供了关键的原材料。“紧凑型可控核聚变是一场技术革命，有望为人类提供源源不断的清洁核能，而高温超导带材是可控核聚变磁体的核心原材料。”朱佳敏说。
把实验室成果转化为产品
高温超导材料可以在液氮环境下产生超导现象，达到“零电阻”。与低温超导材料相比，高温超导材料无需使用价格高昂的液氦降温，而且性能更好，在电力、交通、医疗、制造、大科学装置等领域有重要应用价值。朱佳敏大学毕业后，成为上海超导1号员工，从此与高温超导材料结缘。
上海超导是上海交通大学孵化出的一家企业。2011年，上海交大科研团队在实验室里制备出国内第一根百米级第二代高温超导带材。在市领导推动下，上海超导公司成立，启动了将这项科研成果转化为产品的进程。朱佳敏从小喜欢研发机器人，获得过中国青少年科技创新奖等大奖，进入这家企业后，可谓如鱼得水。
朱佳敏在超导直流限流器工程现场。
将实验室成果转化为可批量生产的产品，谈何容易。在交大实验室里，第二代高温超导带材的镀膜速度是每小时2米，完成百米级带材镀膜花了两天两夜。在工厂里生产公里级带材，速度可不能这么慢。为实现产业化，朱佳敏带领团队改进工艺路线，完成了核心装备国产化和一系列关键技术攻关，还针对超导带材关键性能指标开发了测试平台和方法，建成一套完整工艺质量体系。
在鉴定了上海超导的产品后，甘子钊、丁文江两位院士领衔的鉴定委员会认为：“第二代高温超导带材超高速批量化制备技术及装备总体达到国际领先水平。”
可控核聚变拉动超导产业
这种国际领先的国产材料已用于很多工程，包括6项“全球第一”工程——全球3个电压等级最高的超导限流器、全球首台兆瓦级感应加热装置、全球磁场最高的全超导稳态强磁体和全球首条35千伏公里级超导电缆。其中，35千伏公里级超导电缆示范工程位于上海徐汇区，线路全长1.2公里，开创了超导电缆在城市核心区域的应用先例，为相关技术在新型电力系统中的广泛应用打下坚实基础。
朱佳敏坦言，城市超导电缆虽然应用前景广阔，但推广还需时日，紧凑型可控核聚变如今是第二代高温超导带材产业的最大牵引力。
可控核聚变俗称“人造太阳”，是解决人类能源和碳排放问题的一种“终极方案”。它模拟太阳的核聚变过程，利用氢的同位素——氘与氚的聚变反应释放能量。氘在全球海洋中的储量多达40万亿吨，如果全部用于聚变反应，释放出的能量足以让人类无限使用，而且反应产物是无放射性污染的氦，也不会产生二氧化碳等温室气体。
俗称“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置（新华社发）
正因为这种关乎人类命运的应用前景，中国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国在共同实施国际热核聚变实验堆（iter）计划，这是全球规模最大的国际大科学工程。
与工程规模庞大、采用低温超导材料的iter不同，采用高温超导材料的紧凑型可控核聚变是一条新赛道。2021年，麻省理工学院和该校孵化的cfs公司研制出全球首个用于核聚变的大口径高场高温超导磁体，磁场强度高达20特斯拉，被《麻省理工科技评论》评为2021年“全球十大突破性技术”之一。这个磁体的线圈带材供应商有3家，上海超导是其中之一。
紧凑型聚变堆的体积只有传统聚变堆的几十分之一，与低温超导磁体相比，性能更高的高温超导材料有望使可控核聚变的商用进程大幅提速。
创新“核爆点”需加速发展
为紧凑型可控核聚变工程提供关键材料，让朱佳敏获得了《麻省理工科技评论》tr35评委的青睐。推荐他参评tr35的中国科学院等离子体物理研究所郑金星研究员说，可控核聚变技术突破的背后，是上海超导将带材基带的厚度从50微米降至30微米，打造出市场上最薄的第二代高温超导带材。“这被大多数供应商认为无法处理，因为在带材生产过程中有十几道工序，每一道都有机械变形的风险。”
之所以完成了“不可能完成的任务”，得益于这家企业的核心装备和生产线都是自主研发，因此在改进工序的过程中，装备和工艺的响应迭代速度很快。比如，为克服生产设备的走带摩擦力，朱佳敏带领团队改进了十几台设备的走带结构——纵向改为横向，被动张力变成主动张力，滑动摩擦变成滚动摩擦，还给工业软件加入新的算法，最终打造出30微米厚度基带生产线，使带材的工程临界电流密度增加了50%。
如今，市场上最薄的高温超导带材已用于国内的紧凑型“人造太阳”项目。上海能量奇点公司就是上海超导的客户，正在研制国内首台高温超导托卡马克装置“洪荒70”，探索可商业化的聚变能源技术。这台装置所需的高温超导带材都由上海超导提供，计划今年底建成运行。
高温超导托卡马克装置“洪荒70”效果图
在朱佳敏看来，紧凑型可控核聚变是一个创新“核爆点”。这个领域已出现商业化曙光，cfs、能量奇点、星环聚能等国内外多家创业企业入局，国际竞争日趋激烈。它也拉动了高温超导产业的发展，超导带材需求量显著增长。上海超导正在浦东康桥建造新工厂，今年建成后将扩产近10倍。“高温超导和可控核聚变产业可以在政府的推动下加速发展，一方面有助于实现能源革命和‘双碳’目标，另一方面能提升高温超导材料的产量和性价比，加快这种材料在各个行业推广应用的进程。”
栏目主编：黄海华
本文作者：俞陶然
题图来源：麻省理工科技评论
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