科学岛建成超强混合磁体装置,中国重大科技设

作者: 科学科技  发布:2019-07-28

中国重大科技基础设施——稳态强磁场实验装置9月27日在安徽合肥通过国家验收。工艺验收专家组认为,“磁体技术和装置性能达到国际领先水平”。

强磁场是支持科学前沿探索的一种极端实验条件,磁场越高,科学发现的机遇越多。目前世界上产生稳态磁场强度最高的是美国国家强磁场实验室,实现磁场强度为45万高斯。中科院合肥研究院院长兼强磁场中心主任匡光力告诉记者,追求极高的磁场就像攀登珠穆朗玛峰,到达极限之前,需要克服许多困难。混合磁体是国际上产生最高稳态磁场的主要选择,但选择它就意味着选择了一系列重大技术挑战——水冷磁体必须解决材料和结构的优化选择问题,面临巨大电磁力和严峻的发热问题,且给它供电的数千万瓦级的稳态直流电源本身也是一项重大技术挑战,此前国际上已有多个大型高场超导磁体因技术问题而失败。匡光力表示,混合磁体研制难度大不仅体现在上述方面,看似简单的磁体安装稍有偏差即可能导致巨大破坏,两个磁体的磁中心面或磁轴如不能重合,即便相差1毫米,磁体也将面临数吨的相互作用力。

在中科院“十二五”验收中,“强磁场科学与技术”重大突破入选院“双百”优秀。2017年3月,中共中央政治局委员、国务院副总理刘延东视察装置,对团队取得的成绩给予了充分肯定。

从2010年试运行至2017年8月,装置已经为包括清华、北大、中科大等在内106家用户单位1600多项课题提供了实验条件,产出了一大批具有国际影响力的科研成果,极大地带动了中国物理、材料、化学、生命科学等诸多学科在强磁场等综合极端条件下的前沿探索。

(原载于《安徽日报》 2016-11-15 02版)

高秉钧说:“面对几千片bitter片,我们就用天平称重量、算体积,来实测每片的实际厚度。将实测厚度的bitter片优化配置,重新组合,使组装的磁体达到原设计的目标。”这样,WM1最终实现了38.5T的磁场强度,打破水冷磁体场强世界纪录。

稳态强磁场装置的建成,使中国又拥有了一个探索科学高峰的国之重器,并使中科院强磁场中心成为国际五大稳态强磁场研究中心之一,标志着中国的强磁场科学技术事业迈上了一个新的台阶。

国家 “十一五”重大科技基础设施——稳态强磁场实验装置项目包含9台磁体装置,刚调试成功的混合磁体装置是最后研制成功的磁体,也是产生磁场最高的磁体,它的建成是我国强磁场技术发展的重要里程碑。据悉,混合磁体装置将主要用于新型功能材料的量子行为研究。

同时,项目提出并实践了国家大科学装置“边建设边开放”管理新模式。从2010年试运行以来装置已经为包括北大、复旦、中科大、浙大、南大、中科院物理所、中科院固体物理所、上海生科院、福建物构所等在内的百余家用户单位提供了实验条件,有力支撑了强磁场下前沿研究,产出了一大批具有国际影响力的科研成果。

自1913年以来,已有19项与磁场相关成果获得诺贝尔奖。因此,强磁场极端条件已成为科技界公认的探索科学宝藏的国之重器。中国因缺乏相应的强磁场条件,屡次错失在物质科学等诸多领域开展前沿探索的机遇。

澳门金莎娱乐网站,11月13日下午,合肥科学岛上的中科院强磁场科学中心迎来激动人心的时刻:我国历时8年自主研制的混合磁体装置调试获得圆满成功,实现了任务目标——产生40万高斯稳态磁场,成为磁场强度世界排名第二高的稳态强磁场装置。

谨慎起见,超导磁体组决定先研制一款磁场强度低、口径小,但选材、加工工艺完全相同的试验磁体,试验磁体在2011年7月通电测试成功。混合磁体研制真正开始之后,所有科研人员都秉持着一种谨慎严肃的工作状态,为了达到验收要求而不断努力着。

稳态强磁场实验装置研制是一项复杂的系统工程,研制团队经过多年自主创新,打破国际技术壁垒,成功克服关键材料国际限制、关键技术国内空白等重大难题,建成继美国之后世界第二台40T级混合磁体,建成三台场强创世界纪录的水冷磁体,首创SMA组合显微系统,建立了国际领先水平的科学实验系统,实现了中国稳态强磁场极端条件的重大突破。

混合磁体由外超导磁体和套在其中的水冷磁体组合而成。一个月前,水冷磁体单独调试成功,能够产生30万高斯的稳态磁场;一周前,低温孔径达920毫米的大型高场超导磁体调试成功,能够产生10万高斯的稳态磁场。现在,两个磁体成功合体,共同产生了40万高斯的稳态磁场,约为地球磁场强度的80万倍。

水冷磁体WM1原设计是超世界纪录的38.5T,但在磁体组装后的预测试中,科研人员却发现磁场强度比预期的要低得多,且已是板上钉钉,超纪录无望了。水冷磁体总设计高秉钧带领工作人员排查原因,最终发现绝大部分bitter片厚度不是原设计的0.27毫米,而是0.29~0.30毫米。

11月14日,由中国科学院强磁场科学中心经过8年的科研攻关,自主研制的混合磁体装置调试成功,实现40万高斯稳态磁场。据悉,该磁场强度仅次于美国国家强磁场实验室实现的45万高斯稳态磁场强度。地球磁场强度约0.5高斯,40万高斯稳态磁场强度是地球磁场强度的80万倍。中新社记者韩苏原摄

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“极端条件就是把不可能变成可能”

为此,“十一五”期间,中国确定要建立国家重大科技基础设施——强磁场实验装置,其中的稳态强磁场实验装置由中科院合肥物质科学研究院承建,中国科学技术大学参与共建,项目于2008年5月开工。

安装在水冷磁体上的扫描隧道显微镜。

据了解,强磁场有助于促进多学科交叉研究,尤其是生命科学、物理学、材料与化学、新技术之间的交叉研究。2014年,合肥物质院技术生物所吴跃进研究组和强磁场科学中心钟凯研究组合作,研究了造影剂对水稻生长的潜在影响,并用磁共振成像技术获得了造影剂在根系中的动态信息。这也是世界上首次利用造影剂研究磁共振成像技术在水稻根系无损检测中的应用,为植物根系研究提供了一种新的研究方法。

2016年底混合磁体首次调试,磁场强度达到40特斯拉,符合工程验收指标。就在科研人员欢欣鼓舞之时,磁体系统却发生了故障。春节将至,项目组的人却集中在场地,不断调试设备排除故障。

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