標準體系建設助推超導產業發展

文/尤立星 楊立紅 史 越 李春紅

《國家標準化體系建設規劃（2016—2020年）》（以下簡稱《規劃》）指出，國家標準化體系建設的目標之一是“創新驅動有標引領”。現階段，超導技術的應用已處于突破的臨界點，國際競爭進入關鍵階段，我國超導技術已從追趕階段步入與國際先進水平齊頭并進的階段。

2020年11月24日，國家標準化管理委員會印發《國家標準采用國際標準工作指南（2020年版）》，把超導列入采用國際標準的重點領域。國內超導技術實用化、產業化進程加快，對標準的需求逐漸顯現，企業對標準化工作的熱情和參與度不斷提升，自主國家標準建設如火如荼。

全國超導標準化技術委員會（SAC/TC 265）根據我國實際情況，明確其標準化工作重心應著力實現3個轉移：從單純采用國際先進標準，轉移到自主建立具有自主知識產權的國家標準；從僅關注國內超導標準化工作，轉移到著力促使中國標準走出國門、提升中國話語權；從科研院所主導標準制定，轉移到逐漸讓企業成為標準制定的主體。在這一背景之下，構建超導技術領域的標準體系就成為一項刻不容緩的任務。

我國的超導標準化工作現狀

SAC/TC265 于2003 年5月29日成立，秘書處設在中國科學院物理研究所。截至2023年5月底，SAC/TC 265負責歸口管理的超導技術國家標準共有26項，其中21項采用了國際電工委員會超導技術委員會（IEC/TC 90）國際標準，1項采用其他先進標準，5項是由我國自主研制；已立項或正在制定的項目共5項，其中3項采用IEC標準，2項是我國自主研制。同時，SAC/TC 265還初步開展了超導團體標準的制定工作，發布中國電工技術學會團體標準2項。目前，已發布的超導國家標準主要涉及基本參數測試（電磁性能、力學性能等）和超導材料（原材料、超導膜、超導線/帶材）等。

1.產業化發展亟須標準助力

2015年，我國3家高新技術企業采用不同的技術全部實現了千米級高溫超導REBCO帶材的生產，由此奠定了第二代高溫超導材料的產業化基礎。為此，SAC/TC 265組織這3家企業商定成立了預研項目組。歷時7年，上述3家超導帶材企業和十幾家主要超導強電研發及用戶單位經過緊密協作，于2022年完成國家標準《臨界電流測量 第二代高溫超導長帶臨界電流及其沿長度方向均勻性測量》（GB/T 41640–2022）的制定工作，并于2023年5月正式實施。在這7年里，國內高溫超導REBCO帶材的產業化得到了迅猛發展。

2021 年，我國分別在上海和深圳鋪設了超導電纜并將其投入商業化運行，表明了我國已全面掌握高溫超導電纜設計、制造和建設的關鍵技術，標志著中國超導輸電應用邁入了全球領先行列。GB/T 41640–2022的制定，有效促進了第二代高溫超導帶材的產業化發展，對自主建立測試方法標準起到了很好的示范作用。

2.標準與產業結合逐漸向好

超導條帶單光子探測器（SSPD）作為重要的超導電子學器件，被廣泛應用于量子通信、光量子計算、激光雷達等前沿領域。經過10余年的發展，國內外已有20余家科研單位開展相關研究工作，且目前全球已有7家設備制造商，其中包括賦同量子科技（浙江）有限公司，它是我國唯一一家SSPD的產業化公司。在此背景下，中國科學院上海微系統與信息技術研究所聯合賦同量子科技（浙江）有限公司和中國科學院物理研究所，共同啟動了SSPD首個國際標準——《Superconductivity-Part 22-3: Superconducting strip photon detector - Dark count rate》（IEC 61788－22－3）的制定任務，該標準于2018年7月在IEC正式立項。該標準涉及微弱電信號測量，對測試環境和測試條件要求較高。雖然受到疫情和政治因素的影響，該標準仍然進行多輪循環比對試驗，并于2022年8月正式發布。該標準是全球首個單光子探測器的國際標準，也是由我國牽頭制定的首個超導電子學領域的國際標準。該標準的制定有效擴大了我國在相關領域的國際影響力，企業參與國際標準的制定也推動了該領域的產業化進程，產生了良好的社會效益。

此外，南方電網有限責任公司電力科學研究院的2個團體標準——《高溫超導帶材磁化臨界電流均勻性 磁路法測試方法》（T/CES 067–2021）和《高溫超導帶材磁化臨界電流均勻性 磁路法測試系統規范》（T/CES 046–2020）的正式發布與實施，表明了企業開始積極地參與超導標準化工作，超導領域標準與產業發展的結合形勢開始向好，并且標準制定工作開始逐漸轉向由產業需求引導。

隨著國內超導技術實用化和產業化的迅猛發展，實用超導線、第二代高溫超導帶材的產業化得到快速發展，并且在國際上也處于較先進的水平。超導標準的制定方向逐漸演變為實用化超導材料的性能表征。故于2022年，我國對原有超導標準體系開展修改、補充、完善和提高工作。目前經過征集專家意見和建議，我國超導技術標準體系（見圖1）第二版已形成。

圖1 我國超導技術標準體系架構圖

超導產業標準化工作面臨的機遇和挑戰

標準在高新技術研發階段可以起到統一測試方法、推廣最佳流程、降低研發成本的作用，在走向產業階段則為上下游對接、提升產品質量提供保障，所以越來越受到重視。及時制定我國的超導材料標準、性能測試標準、應用技術標準甚至產品標準，不僅能穩定關鍵技術成果、促進技術推廣應用、提高產品質量、推動我國超導技術向產業化方向發展，而且是防止技術壁壘、擴大對外貿易、保護民族工業、從根本上提高我國超導材料和技術國際市場競爭力的重要手段。

1.實用性有待提高

隨著超導技術實用化和產業化的發展，現有超導標準已經遠遠不能滿足需求。例如，蘇州新材料研究所有限公司旗下子公司在進行 CNAS 實驗室認證時，發現可供遵循的超導標準寥寥無幾。上海電纜研究所在研制1.2 km高溫超導電纜時，面臨諸多超導帶材性能檢測需求無標準可依的局面，只能套用常規電線電纜的標準。超導標準化工作者逐漸意識到，標準應該服務于應用和市場：既應該從國家戰略角度出發，制定基礎通用的標準，又應該對實際工作有切實的引領和引導的作用；不僅要注重標準的科學性，而且應該重視標準的實用性。

2.涉及的領域有待拓展

截至目前，IEC已發布超導相關標準 28 項。 IEC超導國際標準已經從術語和定義、超導材料性能測試方法，逐漸過渡到實用超導線和超導器件的一般性規范。隨著超導技術實用化進程（特別是在強電領域的應用，如超導電纜和超導磁體等）的推進，超導與傳統電工領域的融合度逐漸提升。

在國際上，超導標準的研制已開始考慮與傳統電力技術的兼容性，同時體現超導特性。隨著IEC/TC 90 與相關組織的合作也越來越密切，它也開始關注與超導裝置相關的制冷和絕緣問題。國際標準化組織（ISO）共發布超導相關標準3項，涉及第二代高溫超導帶材接頭焊接。ASTM國際組織共發布超導相關標準4項，全部是關于鈮 （Nb）及其合金原材料的規范。

SAC/TC265 自2003 年成立以來，歸口的國家標準共25項，其中21項是對國際先進標準的采用；歸口的還有電子行業標準《超導電子學術語》（SJ/T 10140–1991）、機械行業標準《超導除鐵器》（JB/T 11109–2010）和《超導磁選機》（JB/T 13002–2017），以及中國電力企業聯合會團體標準《飽和鐵心型高溫超導限流電抗器預防性試驗規程》（T/CEC 112–2016）等。目前，在超導技術領域，相關的國際、國內標準（大多數是采用國際標準）數量還非常有限，遠不能覆蓋整個標準體系。IEC 國際標準和我國國家標準基本局限在超導標準體系的子體系“基本參數測試”和“超導材料”，有關強、弱電技術方面的標準化工作才剛剛開始，而這方面的標準，特別是強電應用技術標準，卻是目前超導技術應用中最重要、最急需的。

未來的發展方向

下一步，SAC/TC 265將梳理超導領域各個重大科研項目和示范工程對超導標準的需求，精心構建、豐富和完善超導材料及技術的國家標準、團體標準體系。具體表現在：

SAC/TC 265會將現有超導國際標準和未來3年～5年內新發布的所有超導國際標準全部轉化為國家標準；同時，努力促使采用國際標準的進度跟上國際標準發布的速度。

SAC/TC 265將根據我國超導材料和技術發展的具體情況，積極主動設立標準制修訂預研項目，在超導材料、超導電纜、超導限流器等電力應用方面，在核磁共振成像儀、超導磁體、核聚變磁體、加速器磁體等強磁場應用方面，在超導量子干涉儀、超導條帶單光子探測器、超導集成電路芯片、微波濾波器等超導電子學應用方面，建立一批含有自主知識產權的、有助于我國超導技術實用化和產業化最急需的實用性技術標準。

SAC/TC 265將逐步推進我國在國際標準制定中的核心作用，積極鼓勵超導企業參與國際標準化活動。

SAC/TC 265還將以中國電工技術學會超導應用技術專業委員會、中國電機工程學會超導與新材料應用技術專業委員會為依托，聯合中國科學院下屬各研究所及相關產業部門，推動超導材料和技術相關團體標準的標準化工作，初步建立超導團體標準體系；以強電技術為主攻方向，鼓勵國內各社會團體制定相應標準，成熟之后將其轉化為國家乃至國際標準。

總 結

在國家政策和各級政府的大力支持下，超導產業逐漸壯大，在強電和弱電方面都有了長足的進步。2020年，長三角超導產業鏈聯盟正式啟動運營。該聯盟成為長三角覆蓋材料生產、設備集成、產品應用的完整產業鏈“夢之隊”，推進超導產業的發展。

在超導基礎和應用研究方面，中國科學院先導科技專項“下一代高場磁體關鍵科學與技術”匯聚了國內優勢力量，就高場磁體關鍵技術、先進高溫超導應用材料及相關高溫超導基礎科學問題展開產學研一體化合作研究。其中，子課題“高溫超導材料檢測規范及標準建立”由SAC/TC 265承擔。超導產業的發展和標準化工作正蓄勢待發，標準體系建設在超導技術產業化的進程中也將發揮更重要的作用。