穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置混合磁體 中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院供圖

日前,，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了重大突破，產(chǎn)生了場(chǎng)強(qiáng)45.22萬(wàn)高斯的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng),，刷新了同類(lèi)型磁體保持了近23年的世界紀(jì)錄,。穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件在物理、化學(xué),、材料,、生命科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域都有重要價(jià)值,。新紀(jì)錄的誕生，表明我國(guó)擁有了目前國(guó)際領(lǐng)先的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件,，能夠?yàn)榭蒲腥藛T探索物質(zhì)世界提供有力支撐,。

8月12日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心高場(chǎng)磁體運(yùn)行監(jiān)控中心,，液晶大屏和一排排電腦屏幕上布滿了各種圖表和數(shù)據(jù),，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不時(shí)有人指著屏幕上的數(shù)字與身邊人低聲交流,，看上去與平時(shí)沒(méi)什么兩樣?？蓪?duì)于這個(gè)科研骨干平均年齡僅35周歲的年輕團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō),，他們獲得的最新數(shù)據(jù)具有重要意義。

當(dāng)天下午,，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)宣布,，該院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研制的國(guó)家穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置再攀“科技高峰”，其混合磁體（磁體口徑32毫米）產(chǎn)生了45.22萬(wàn)高斯（即45.22特斯拉）的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng),，刷新了同類(lèi)型磁體的世界紀(jì)錄,，成為目前全球范圍內(nèi)可支持科學(xué)研究的最高穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)。由多位中國(guó)科學(xué)院院士,、中國(guó)工程院院士組成的專(zhuān)家組鑒定認(rèn)為,，該成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)是什么,，有哪些作用,，新的世界紀(jì)錄又意味著什么？

強(qiáng)磁場(chǎng),，為物質(zhì)科學(xué)研究創(chuàng)造極端實(shí)驗(yàn)條件

我們知道,，通電的螺線管會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流越大磁場(chǎng)越強(qiáng),。穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置里的磁體正是基于這樣的基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的,。不過(guò)隨著電流增大，導(dǎo)體受到的電磁力急劇增加,，磁體內(nèi)的熱量超乎尋常地變大,，所以要通過(guò)更加精密、穩(wěn)定,、先進(jìn)的材料和加工工藝,，形成更加強(qiáng)大且穩(wěn)定受控的磁場(chǎng)。

磁場(chǎng)強(qiáng)大到什么程度,？地球磁場(chǎng)約等于0.5高斯,，這0.5高斯的強(qiáng)度足以撬動(dòng)指南針,，讓指針在地球上的任何方向準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)指向南方，而此次打破世界紀(jì)錄的45.22萬(wàn)高斯相當(dāng)于地球磁場(chǎng)的90多萬(wàn)倍,。

“工欲善其事,，必先利其器”。穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)是物質(zhì)科學(xué)研究需要的一種極端實(shí)驗(yàn)條件,，也是推動(dòng)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的利器,。在強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，物質(zhì)特性會(huì)受到調(diào)控,，有利于科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)物質(zhì)新現(xiàn)象,、探索物質(zhì)新規(guī)律。

近年來(lái),，強(qiáng)磁場(chǎng)在很多研究領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用更加凸顯,。一方面，強(qiáng)磁場(chǎng)可以誘導(dǎo)新物態(tài),。強(qiáng)磁場(chǎng)能有效調(diào)控材料中的電荷,、自旋、軌道等,，使之出現(xiàn)全新的量子態(tài),，從而呈現(xiàn)出豐富的新現(xiàn)象,。另一方面,，強(qiáng)磁場(chǎng)可以催生新的重大應(yīng)用技術(shù)，比如強(qiáng)磁場(chǎng)作用下的電磁冶金技術(shù),、化學(xué)反應(yīng)合成等,，特別是目前在化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)解析和非侵入性成像——核磁共振技術(shù)。

由于強(qiáng)磁場(chǎng)在物理,、化學(xué),、材料、生命健康以及工程技術(shù)等方面的綜合應(yīng)用,，強(qiáng)磁場(chǎng)極端條件在國(guó)際上被稱(chēng)為21世紀(jì)科學(xué),、工程和技術(shù)的交叉聯(lián)合體，也有人稱(chēng)它為諾貝爾獎(jiǎng)的“搖籃”,。

重創(chuàng)新,，根據(jù)新情況改進(jìn)研究思路和技術(shù)工藝

我國(guó)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置是“十一五”期間國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，包括10臺(tái)磁體：5臺(tái)水冷磁體,、4臺(tái)超導(dǎo)磁體和1臺(tái)混合磁體,。其中，混合磁體是國(guó)際上技術(shù)難度最高的磁體，也是能夠產(chǎn)生最高穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的磁體,。目前國(guó)際上有五大穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室,，分布于美國(guó)、法國(guó),、荷蘭、日本以及中國(guó)合肥科學(xué)島,。

早在2016年，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)團(tuán)隊(duì)就自主研制成功中心場(chǎng)強(qiáng)40萬(wàn)高斯的混合磁體,。1999年,，美國(guó)國(guó)家強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的混合磁體產(chǎn)生了45萬(wàn)高斯的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)，這個(gè)世界紀(jì)錄保持了近23年,。此次的新紀(jì)錄超出了0.22萬(wàn)高斯,，看起來(lái)似乎微不足道，但進(jìn)步的背后,，卻要付出無(wú)數(shù)汗水和努力。

中科院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院葉朝輝院士打了一個(gè)形象的比方：“人類(lèi)目前的百米世界紀(jì)錄是9秒58,，這是不是人類(lèi)的極限還無(wú)法確定,，但在此基礎(chǔ)上哪怕縮短0.01秒，都難度極大,。就像穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng),，達(dá)到45萬(wàn)高斯以后，在此基礎(chǔ)上每提升一點(diǎn)點(diǎn),，都需要大量的工作,，不僅包括材料、技術(shù),、工藝、能源保障等方面的改進(jìn),，更需要研究和設(shè)計(jì)思路上的創(chuàng)新,。”

在磁場(chǎng)不斷提升的過(guò)程中,，科研人員一直根據(jù)新情況改進(jìn)新技術(shù),。“比如通過(guò)液壓的方式增加線圈比特片之間的摩擦力；把中心3個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)貢獻(xiàn)進(jìn)行重新優(yōu)化,；使用新的絕緣材料,；對(duì)水冷槽的加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)；等等,?！敝锌圃汉戏饰镔|(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員陳思躍介紹。經(jīng)過(guò)5年多的技術(shù)攻關(guān),，科研團(tuán)隊(duì)先后進(jìn)行了10余項(xiàng)技術(shù)革新,，解決了一系列問(wèn)題，取得重大技術(shù)突破,。

廣應(yīng)用,，在材料、生命健康等多領(lǐng)域開(kāi)展數(shù)千項(xiàng)前沿研究

2017年9月,，我國(guó)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收后投入全面運(yùn)行,。截至目前，裝置已經(jīng)運(yùn)行超過(guò)50萬(wàn)個(gè)機(jī)時(shí),，為國(guó)內(nèi)外170多家單位提供了實(shí)驗(yàn)條件,，在物理、化學(xué),、材料,、生命健康、工程技術(shù)等領(lǐng)域開(kāi)展了超過(guò)3000項(xiàng)課題的前沿研究,，取得了一系列重大科技成果,，比如首次發(fā)現(xiàn)外爾軌道導(dǎo)致的三維量子霍爾效應(yīng)、揭示日光照射改善學(xué)習(xí)記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機(jī)制等,。同時(shí),，研發(fā)裝置衍生的成果和依托裝置研究產(chǎn)生的多項(xiàng)成果，如組合掃描探針顯微技術(shù),、國(guó)家Ⅰ類(lèi)抗癌創(chuàng)新靶向藥物,，已實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。

中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心學(xué)術(shù)主任匡光力介紹,，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件在物理,、化學(xué)、材料,、生命科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域都有重要價(jià)值,。新紀(jì)錄的誕生，表明我國(guó)擁有了目前國(guó)際領(lǐng)先的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件,，能夠?yàn)榭蒲腥藛T探索物質(zhì)世界提供有力支撐,。

世界紀(jì)錄的刷新,，也為強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心規(guī)劃建設(shè)的另一個(gè)大科學(xué)裝置——強(qiáng)光磁集成實(shí)驗(yàn)設(shè)施奠定了重要基礎(chǔ)?？锕饬榻B,，該設(shè)施包括以55萬(wàn)高斯混合磁體、36萬(wàn)高斯超導(dǎo)磁體為代表的具有世界最高穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的系列磁體裝置,，設(shè)施還將依托微波,、可見(jiàn)光等系列先進(jìn)波源，建設(shè)一批強(qiáng)磁場(chǎng)下光—磁集成測(cè)量系統(tǒng),，主要科學(xué)目標(biāo)是解決新型電子材料研發(fā),、高溫超導(dǎo)機(jī)理研究與應(yīng)用、生命過(guò)程本質(zhì)探索,、新藥創(chuàng)制以及特種功能材料制備等國(guó)家重大需求中的瓶頸問(wèn)題,。

“不管是穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，還是強(qiáng)光磁集成實(shí)驗(yàn)設(shè)施,，都是致力于解決國(guó)家重大需求的國(guó)之重器,。對(duì)于實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，我們充滿信心,，更想盡一份力,，希望更多用戶可以依托裝置產(chǎn)出高水平的科研成果?！笨锕饬φf(shuō),。