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化逆境为机会!传承超导技术的未来是什么?” mask

化逆境为机会!

传承超导技术的未来是什么?

2018.09.12 能源
本文看点
  • 金融危机后的低谷期催生出了怎样的东芝技术?
  • 从半导体制造技术到医疗设备技术
  • 超导技术的跨代传承对超导业务的发展不可或缺!

有一类特定的金属材料在极低的温度下不仅电阻会变为零,还可使大量电流通过。这样的金属材料就是我们今天要谈论的主题——超导材料。我们都知道,处于超导状态的金属会产生高磁场。当它们作为线材被制作成线圈时,就会产生强磁。

超导技术是被怎样继承和发展的,它又将会走向怎样的未来呢?紧接着上一集,让我们通过与1980年代便参与研发超导技术的资深技术专家住吉幸博先生和执掌超导“今世”的高见正平先生的对话,一起走进超导技术研发世界的最前沿。

东芝能源系统公司 京浜事业所 原子能设备装备部 住吉幸博先生(左),同机构 高见正平先生(右)

东芝能源系统公司 京浜事业所 原子能设备装备部
住吉幸博先生(左),同机构 高见正平先生(右)

一、低谷期催生的划时代技术

——上一集我们谈到了缓解患者负担的东芝重粒子线癌症治疗设备,这一次能更详细地介绍下有关重粒子癌症治疗设备的相关技术吗?

高见先生:这一技术是我在入职的第二年,也就是2007年参与研发的。它与用于单结晶拉晶装置的超导磁体的研发密切相关。所以,在谈及重粒子线癌症治疗设备之前,就让我先谈谈单晶硅拉晶装置用的超导磁体吧!

——制造半导体时,将原料硅放置在1000度的高温下,使其融解。之后,我们一边旋转一边拉出结晶硅,这时我们使用超导磁体——正是充分利用了超导磁体的这一特性,才能实现拉晶吧?

用超导磁体拉制硅,能够防止硅质量的下降

用超导磁体拉制硅,能够防止硅质量的下降

高见先生:是的。当时我被分配到拉晶用的新型设备研发小组。在半导体需求不断增长的时期,业务真的是一帆风顺。但2008年风云突变,因为金融危机的缘故,半导体用硅的需求一落千丈。那时候恰好我们的研发工作已告一段落,那些已经生产出的设备一时间很难找到合适的买家。

高见先生

高见先生

住吉先生:那真是业务上最严峻的时期。但在这一时期,你们所进行的研发工作却是划时代的。事实上,用于单晶硅拉晶的超导技术,从难度上讲并不算很高。但是对于用于通用材料硅的拉制来说,如何降低设备的生产成本却是个难题。

高见先生:是的。我们不仅要在保证质量的前提下降低价格,因为是通用材料,我们还得保证比其他公司的同类产品更便宜。因此,我们必须保证在使用东芝独家技术的同时降低生产成本。原有的超导磁体将圆形的磁体摆成竖凹字形,而我们研发出了能放在圆筒形容器中的弯曲的线圈,从而节省了约40%的超导线。这让降低成本、实现低价格化成为可能。对我而言,这也是我最早参与开发的设备。一想到能够为新一代半导体做出贡献,我就干得格外投入。

改变磁体形状,减少超导线

改变磁体形状,减少超导线

住吉先生:高见先生小组研发的另一项技术也很值得大家关注。金属形成超导状态需要使用液氦,并将其冷却至零下269度。然而自1990年代起,液氦的价格就居高不下。无法获得稳定的液氦供应源已经成为世界性的问题。对此,东芝研发出了无液氦技术——通过冷冻机直接链接超导磁体,而不必使用液氦进行冷却。这也是东芝关键性的超导技术。

无液氦技术

无液氦技术

高见先生:类似的技术可以参考以前的设计算式。但新技术不一样,它需要重新设计。作为技术研发团队的一员,在整个研发过程中我获益匪浅。也正是这两项技术,让研发重粒子线癌症治疗设备的旋转机架用磁体成为了可能。

二、让扫描旋转机架旋转?!令人叹为观止的新创意是什么?

——上一集我们了解到,在2010年前后,高见先生参与研发了对癌症患处进行照射的装置旋转机架”中的超导磁体的开发。通过将旋转机架小型化并加以旋转,可以在不倾斜患者身体的情况下接受治疗。

重粒子线癌症治疗设备 旋转机架(协助:量研/放医研)

重粒子线癌症治疗设备 旋转机架(协助:量研/放医研)

高见先生:实际上,这种旋转机架专用的超导磁体应用了拉晶积累的技术。在进行拉晶时,我们改变了线圈的形状,并进一步加以改良和复杂化,使其成为旋转机架专用的磁体。因此,设备所需的超导线圈变少,从而进一步实现了小型化。此外,无液氦技术在这里也得到了应用。以前,人们认为“旋转搭载超导磁体的旋转机架,简直疯了”。说的也是,因为当时形成超导状态需要液氦。倒置磁体,万一液氦溢出,就会造成严重的事故。但我们研发出了冷冻机打造超导状态的技术,这让过去认为无法实现的事变成了现实。

硅拉制的技术得到了应用

硅拉制的技术得到了应用

住吉先生:金融危机在给业务带来严峻挑战的同时,也让我们的技术人员以更加积极的心态研发高新科技,换句话讲,金融危机其实也成就了东芝的科技创新。将最新的超导技术传承给下一代,既是我们的义务,也是我们的责任。还记得刚入职的时候,多亏了超导研发组的前辈们的谆谆教诲,让我能一直坚持耕耘在超导技术领域。东芝的超导业务也是靠着一代又一代东芝人的不懈努力而发展起来的。将我所知道并理解的超导技术认真地传授给下一代的高见先生,再通过高见先生将技术教给更多更年轻的技术人员。这,是我目前最大的愿望。因为传承,新鲜的科技血液得以不断涌入,也使得新一轮的科技创新成为可能。传承信念与创新科技,是每一个东芝人刻进骨血里的信仰。东芝也正是这样一个传承科技创新的伟大平台。

住吉先生(左)、高见先生(右)

住吉先生(左)、高见先生(右)

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