中新網(wǎng)北京1月27日電 (記者 孫自法)記者1月27日從中國科學(xué)院獲悉，依托中國科學(xué)院物理研究所建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置近日實(shí)現(xiàn)35.6特斯拉全超導(dǎo)用戶磁體，打破了此前由美國國家強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造的32.0特斯拉(可用孔徑34毫米)全超導(dǎo)用戶磁體的世界紀(jì)錄，奠定了中國在強(qiáng)磁場全超導(dǎo)用戶磁體領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位。
助力探索微觀世界的未知規(guī)律
中國這次將最高磁場提升3.6特斯拉、創(chuàng)造全超導(dǎo)用戶磁體新世界紀(jì)錄的綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置，已于2025年2月通過國家驗(yàn)收，此次為在全超導(dǎo)磁體基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化升級。此次研制的全超導(dǎo)用戶磁體，中國科學(xué)院電工研究所完成了超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造，中國科學(xué)院物理研究所攻克了高溫超導(dǎo)磁體健康監(jiān)測和精準(zhǔn)測量等難題。雙方聯(lián)合攻關(guān)，研制完成支持中外科研團(tuán)隊(duì)開展前沿研究的用戶磁體。此次實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級后經(jīng)專家現(xiàn)場測試，中心磁場達(dá)35.6特斯拉，可用孔徑為35毫米。
位于懷柔綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置的全超導(dǎo)強(qiáng)磁場磁體系統(tǒng)在勵(lì)磁過程中。聯(lián)合團(tuán)隊(duì) 供圖達(dá)到35.6特斯拉的全超導(dǎo)用戶磁體，其磁場到底有多“強(qiáng)”？聯(lián)合團(tuán)隊(duì)科普解讀說，醫(yī)院常用核磁共振的中心磁場為1.5特斯拉或3特斯拉(高清分辨)，目前實(shí)現(xiàn)的新世界紀(jì)錄最高磁場，是醫(yī)用核磁共振的約12倍至24倍，是地球磁場的70多萬倍。
關(guān)于可用孔徑，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)指出，在強(qiáng)磁場和低溫環(huán)境下，35毫米的孔徑已經(jīng)能滿足核磁共振、比熱、電阻測量等大部分實(shí)驗(yàn)的要求，未來計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大磁體孔徑，以滿足更多測量手段的要求。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，這項(xiàng)創(chuàng)世界紀(jì)錄的成果是中國強(qiáng)磁場技術(shù)領(lǐng)域重大突破，使得中國綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置成為世界領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)裝置之一，可為物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)等前沿研究提供核心支撐的極端強(qiáng)磁實(shí)驗(yàn)條件，助力科研人員探索微觀世界的未知規(guī)律，加速推動(dòng)中國乃至全球在基礎(chǔ)研究及高端裝備制造領(lǐng)域，產(chǎn)生重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)革新。
未來進(jìn)一步提升磁體綜合性能
由于超導(dǎo)體具有零電阻從而沒有能耗，和非超導(dǎo)的電阻磁體相比，全超導(dǎo)磁體運(yùn)行成本極低。強(qiáng)磁場超導(dǎo)磁體是一種能在極低溫條件下實(shí)現(xiàn)零電阻和強(qiáng)磁場的裝置，具有極高的磁場強(qiáng)度、極高的均勻度和穩(wěn)定性，且能耗極低，是現(xiàn)代科技領(lǐng)域核心裝備之一，在大科學(xué)裝置、先進(jìn)科學(xué)儀器、高端醫(yī)療裝備、能源交通以及國防特種裝備等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)值。
王秋良院士(右)與雒建林研究員討論數(shù)據(jù)。聯(lián)合團(tuán)隊(duì) 供圖強(qiáng)磁場超導(dǎo)磁體研制涉及多學(xué)科交叉融合，工程化過程面臨多重技術(shù)瓶頸，對磁場強(qiáng)度、穩(wěn)定度、均勻度、有效口徑以及長期運(yùn)行可靠性等指標(biāo)有著極高要求。建造強(qiáng)磁場超導(dǎo)磁體所需高溫超導(dǎo)材料還存在臨界電流與力學(xué)性能強(qiáng)各向異性、屏蔽電流效應(yīng)突出、尺寸偏差大等問題，給磁體設(shè)計(jì)與工程化帶來巨大挑戰(zhàn)。
針對上述技術(shù)難題，中國科學(xué)院電工研究所團(tuán)隊(duì)研制出超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，突破強(qiáng)磁場用戶超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)與建造關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新提出高場高溫超導(dǎo)磁體全電磁精細(xì)設(shè)計(jì)理論與電磁結(jié)構(gòu)隨動(dòng)調(diào)整方法、多線圈軸向自適應(yīng)預(yù)緊、分區(qū)屏蔽電流抑制等關(guān)鍵核心技術(shù)，大幅提升了強(qiáng)磁場超導(dǎo)磁體的電磁-機(jī)械安全裕度；中國科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)則克服高溫超導(dǎo)磁體健康監(jiān)測、極低溫下極高磁場準(zhǔn)確測量、磁體系統(tǒng)與低溫系統(tǒng)及用戶測量系統(tǒng)集成等方面的難題，實(shí)現(xiàn)全超導(dǎo)磁體性能的跨越式突破。
雒建林研究員(右)，馬怡妮娜副總工程師(中)與李崗副研究員討論數(shù)據(jù)。聯(lián)合團(tuán)隊(duì) 供圖聯(lián)合團(tuán)隊(duì)透露，未來他們將持續(xù)合作攻關(guān)，進(jìn)一步提升磁體綜合性能，研制40特斯拉及更高的全超導(dǎo)用戶磁體，保持領(lǐng)先地位，并在研制過程中積極申請并利用專利保護(hù)自主知識產(chǎn)權(quán)，為國家重大戰(zhàn)略實(shí)施注入全超導(dǎo)、強(qiáng)磁場的強(qiáng)勁科技動(dòng)力。(完)