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科学有险阻,苦战能过关

——专访电气学院叶妙元教授

发表时间:2019-10-29 作者:张梦圆、魏长芳、王一举根据采访口述录音整理 浏览次数:

为纪念华中科技大学电气学院建校以来的发展历程,传承电气学院老一辈的精神,在新中国成立70年之际鼓励当代新生心系祖国、肩负责任,我们特响应电气学院每年一度的“传承华工精神,讲好电气故事”主题活动,专访了叶妙元老教授。

初与叶教授联系时就听到电话那头慈祥和蔼的声音,我们赶去叶老家里就看到精心布置的果盘,房子虽不大却格外温馨。看到叶老善意慈祥的笑容,我们几个悬着的心也就落了下来,开始了今天的访问。

叶老从他的高中时期给我们介绍,1956年从广东的东山中学毕业,来到了当年由所有中南地区的大学工学院合并的大学,也就是现在的华科,如今60多年过去,叶老早已是华中科技大学电气学院的教授和博士生导师。叶老的老家也是叶剑英的老家,在时隔40年的1997年,叶老还心系母校并亲自撰写了怀念母校的文章寄了回去。

自从考到当时的华科,叶老便兢兢业业,只用四年便修完了大学五年的专业课。1960年正值全国师资不足,国家大力提倡并发展青年教师。优秀的叶老响应国家,提前毕业,成为当时最年轻的教师之一。从助教开始做起,教好一门电工基础,做好一项电磁测量就是叶老兢兢业业的工作。1966年亲自去天安门看了毛主席,成为叶老一辈子的骄傲。即使事隔50多年,叶老跟我们讲到这段经历还是激动无比。

文革时期,华科的教师们意见统一,受文革冲击较小,在1970年便复课闹革命。之后参加了如今的潘垣院士的课题组,研究托克马克装置。一提到这段经历,叶老便兴奋地跟我们讲这是一个怎样的装置。叶老说,托克马克是利用大电流产生强磁场约束等离子体的装置,通过磁场加速等离子体打到靶上发生聚变反应,产生氢的同位素氕氘氚。后来他和其他几位教师一起花费十多年解决了D字形线圈16通道的磁场分布测量问题,这是叶老最早做的大型科研课题。

1978年科学大会开了之后,提出科学技术是第一生产力,这使得科学技术研究事业得到空前的发展,也使得教师行业受到广大群众的尊敬和爱戴。当时的叶老开始带他的第一批研究生,叶老回忆到其中的两位,骄傲地说一个是从川大考到我们这边的,后来去了美国读书,另一个本科在西交大,后来在自动化研究所上班。叶老说,最珍贵的品质就是敢于去闯,敢于科研,敢于实践,做一个勇敢拼搏的知识份子。

1985年的叶老已经带了好几届研究生,那时德国物理学家克里青发现了量子霍尔效应并获得诺贝尔奖之后,叶老在国际物理杂志上了解到该效应有可能做电阻量欧姆的基准,便率先申请国家课题和自然科学基金,据叶老讲述,具体来说,就是用一种霍尔效应的元器件,然后放在低温下,稳定下来后后把它的伏安曲线做出来,加磁场之后,它的伏安曲线本来是一条不是绝对直的直线,可能会有一定的弯曲,但是在加了磁场之后,霍尔器件所呈现的伏安特性曲线会出现一个平台,这个平台上电流和电压的比值就是欧姆。只要保持低温、强磁场,磁场强度保持五万高斯或者四万高斯,这种情况下中间的台阶会不断出来,这个台阶就是它的电阻值,就非常准确了。叶老那个时候申请了项目之后就开始做,要用超导体来产生强磁场,超导体产生的强磁场,给它通入直流电流,在超导开关闭合之后,电流一直在流动,没有电阻,所以可以维持很久,磁场就很稳定,霍尔器件测出来的伏安特性就是非常准确的。

克服了种种困难,做了大量实验,终于在液氮4.2K摄氏度下成功观察到量子霍尔效应,其霍尔电阻的测量精度达到10-7次方,达到当时国际先进水平。此后,国家计量研究院就向国家计量局申请建立了我国的量子霍尔效用欧姆标准。后来,叶老又想到怎么将磁场力测得更准,在做实验时把磁场测准,建立一个超导强磁场的标准,于是又从国家计量总局那申请了一个50多万的课题。据叶老回忆,当时50万是一笔非常大的经费,和学校动力系的一起搞,后来由于我们学校的液氮的技术不够,了解到中科院的设备可以做,然后就基本每个月都往返于中科院和学校之间。叶老从中科院所得到的砷化镓霍尔器件并用自己研制的超导强磁体和测量系统,不断往返于上海、西安,为了测量还去了山区里的军工厂。当稳定的直流电通入磁体,并用超导开关将超导线圈闭合后,电流在零电阻的超导线圈中闭合流通后产生稳定强磁场,终于测出中心磁场强度为11万高斯。在历经考验完成了这些科研成果后,叶老将这些成果都移交给了国家。

后来世界上又掀起了研究高温超导的热潮,当时我们学校物理学院有一个高温超导研究小组,叶老就参加了这个小组,进行全国性的科研攻关,和我们学院的低温超导和材料学院的超导小组一起研究。1987年叶老在日本东京的第五届低温物理会上展示了他们的高温超导研究论文。有苏联科学家介绍说他们已经研制出室温下的超导材料,日本也称他们也研制出来了,但是后来经过更准确的测量,纷纷证明并没有研究成功。到现在为止,全世界的科学家都还在研制。

进入上世纪九十年代,我国的电力系统有了很大发展,为了适应形势的变化,叶老的主要研究方向是光电传感技术在电力系统中的应用,研制新型的光电电流互感器和光电电压互感器,与互联网和电子计算机的应用结合,提高电力系统的测量和监控、保护的精度和速度。随着现代电网系统中电流电压,磁通量越来越大,急需新的测量方法。旧式的铁芯线圈设备体积太大,太笨重,50w伏的设备需要用一辆卡车来运;加之旧式设备容易出故障,精度也不高。叶老决定用光电技术来测量,用光电的方法测量电是全新的方法。当时我国西电东输,很多是直流输电,损耗很大,需要传感器来直观观测,并且要误差小,精度高,光电是一个最好的选择。光电传感器就是用来测量磁场,电场,用的都是新的器件,新的传感器。其原理就是信号的光源从地下通过光缆传输上去,因为光缆耐高压,很适合做这个的材料,然后测得的信号也由光信号形式传下去。整个设备十分轻便,运输方便,有安全保障,精度还高。在九十年代,叶老和其团队就做出了22w50w的设备,到现在,100w也已经成功做出。前苏联也做过100w的实验,但是失败了,叶老他们却成功了。叶老和他的学生们先后研制出交流220KV光电电流互感器和220KV光电电压互感器以及用于500KV直流光电电流互感器并且在国内许多变电站挂网运行。叶老说,他们经常去挂网运行地方守视观察、不断总结和改进软硬件。为了推广这些成果,也曾去北京、上海、广州、深圳、南京、厦门、太原等地作报告,大力宣传光电互感器是21世界更新换代的新产品,是建立坚强的智能电网的灵睛,得到了许多领导和企业的支持、响应。

叶老讲,他的一个博士生,现在在南京南瑞继保公司,专门从事光电互感器的研发,他们的产品已经超越德国的西门子公司。以前那些电网,变电站都用的是西门子的设备,但很不稳定,容易出问题,到现在都换成了国产的设备。今年,他们公司有好几亿的产品,主要运往广东深圳那边。另外还有一个硕士生,现在是光谷那边的变电站做负责人,做特高压试验,几乎所有的互感器设备都要在那里做实验,一般的室内设备厂不行,达不到那么高的电压。叶老骄傲地说,这些年他带过的硕士生,博士生加起来有四十几个。

2003年叶老退休后还先后兼任5个公司的顾问,但由于2006年家中发生变故,叶老无法亲自参与特高电压系统的光电互感器的研发,但他的研究生继续在这一领域开展研发工作。叶老说,现在没有哪个国家有我国的电网强大,我国的智能电网,全国连网,电力事业也发展很好很迅速,在国际上都是领先的。”

叶老继续说道:“我其实出生在泰国,一岁多随母亲回到祖国,所以也可称为归侨了,我只见过一次父亲,他一直回不来。我母亲很辛苦,要抚养我还有我的哥哥姐姐。我是党培养出来的,没有共产党,就没有新中国,也没有今天的我。我不追求名利,也只是为国家培养了人才,为国家的科研事业做贡献,这都是我应该做的。我觉得我就是一个逐浪的人,我跟上去了这个时代的浪潮。年轻人应该有这样的梦想,要想如何为国家,为人民做贡献,做应该的事情,一心一意,踏踏实实做自己的工作,不要太想到名利这些。现在,国家提倡创新,我很赞同啊,只有创新,国家才能发展。“

叶老一直很谦虚,说他没做过什么惊天动地的事情,只是做着自己的贡献。组织要他做什么,便坚决服从。叶老1959年四月入党,到今年入党整整60年。“要跟着共产党走,只有共产党能带领好中国,这是我这么多年来经历的,这是真理”。