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稳态强磁场实验装置:探索科学宝藏的“国之重

发布时间:2017-12-03 阅读:

  稳态强磁场实验装置:探索科学宝藏中的“国家宝藏” - 新闻资讯 - 科学网

  2008年5月,中国科学院合肥物理研究所强磁场科学中心开展了稳态强磁场实验项目。 2011年7月,成功进行了测试磁体电磁测试成功。 2016年11月,大成功; 2017年2月,专家组完成了混合磁体技术的验收测试; 2017年9月27日,稳态强磁场实验装置通过国家验收专家组高度评价,项目全面完成施工目标,关键参数达到或超过设计指标,技术和性能达到国际先进水平。

  九年来,高磁场领域的研究人员相继完成了跨越中国五大稳定磁场研究机构之一。中国的高科技已经达到了一个新的水平。

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  ①2016年底第一次成功试用混合磁体。

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  ②安装在扫描隧道显微镜上的水冷磁铁上。

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  ③混合磁铁。

  极端的条件使不可能

  高炳军,中科院强磁场科学中心首席科学家,稳态强磁场实验装置总工程师。他在“中国科学报”记者采访时表示:在强磁场条件下,物质将改变自身的电子状态,从而产生新的现象。强磁场是一个极端的条件。在稳态强磁场实验装置的设计和研制过程中,往往遇到许多难以克服的困难,甚至无路可走。我们必须坚持不懈,超越自我,不可能实现。

  强磁场是控制物质量子态的重要参数,对于发现新现象,揭示新规律,探索新材料,开发新技术具有不可替代的作用。自1913年以来,多项与磁场有关的成就被授予诺贝尔奖。因此,强磁场的极端条件已被公认为科学界最重要的科学宝库。由于我国缺乏相应的强磁场条件,我们再三错过了在材料科学等许多领域探索前沿的机会。

  据了解,稳态高强度磁场实验装置是强磁场极端实验装置的多学科实验研究,包括十个强磁场磁体装置和六个实验测量系统类别。

  由内部水冷磁体和外部超导磁体组成的混合磁体是寻求更高的稳态极端场强的首选,但国际上之前已有许多失败的情况,现场超导磁体技术较弱,所有项目研究人员都面临着巨大的挑战。

  对于水冷磁体,要解决材料和结构的最佳选择,巨大的电磁力和散热问题,其伴随的数千万瓦的稳态直流电源系统,低温冷却系统,去离子水冷却系统一个接一个无疑是困难。

  请注意,超导磁体组决定开发一种磁场强度低,口径小,但材料和加工工艺相同的试验磁体。 2011年7月测试磁体成功通过测试。在混合磁体开发真正开始后,所有研究人员都坚持谨慎严肃的工作状态,以满足验收要求和不断的努力。

  国际先进的科学实验体系

  水冷式磁铁WM1最初的设计是超过世界纪录的38.5T,但是在预磁组件预试验中,研究人员发现磁场强度远远低于预期,而且已经接近绝望。总体设计的水晶磁铁高炳钧带领工作人员调查了原因,最终发现绝大多数苦碟片的厚度不是原设计的0.27毫米,而是0.29〜0.30毫米。

  高炳钧说:面对几千苦,我们用平衡重量,计算体积,来衡量每件的实际厚度。将测得的苦片厚度进行优化配置,重新组装,使磁铁组装完成,达到原设计目标。这样,WM1终于实现了38.5T的磁场强度,打破了水冷磁场场强的世界纪录。

  2016年底,首次启用混合磁体,实现了40特斯拉的磁场强度,符合工程验收标准。正如研究人员高兴,磁体系统失败。春节临近,但项目组却集中在场地,不断调试设备进行排查。

  除夕早八点,安装准时电力考试,全部在文化走廊吃了一顿简单而难忘的新年晚餐,但那一天,因为气温不到位,再一次失败了,项目组的研究人员在春节假期间继续加班,在新的一年的第四天,混合磁铁终于重新焕发活力,再次成功。

  经过多年的自主创新,强磁场开发团队突破国际技术壁垒,成功克服国际关键材料限制,国内关键技术差距等重大问题,建成世界第二台40T以上的混合磁铁美国建立了世界领先的科学实验体系,实现了中国稳态强磁场极端条件的重大突破。

  国家稳态磁场实验验收意见写道:该项目提出了水冷磁体的创新设计,整套高精度组装工艺的开发可以量化。在已完成的水冷磁体中,三个磁体已经创造了世界纪录的表现记录,其中两个至今仍然存在。突破开发室温孔径为800mm,场强为10特斯拉的铌锡三超导体磁体的技术难度,导致40特斯拉稳态混合磁体装置的完成,磁场强度世界第二;建成了世界上第一台水冷磁体扫描隧道显微镜系统,扫描隧道磁力原子力显微镜系统,以及低温高压下的强磁场实验系统,使我们的磁性稳定强大现场相关的实验条件已达到国际先进水平。

  同时开辟新的管理模式

  强磁场下的应用研究对高新技术产业有着强大的推动力和推动力。强大的磁场效应实际上就在我们身边。

  高秉军介绍:我们比较熟悉医院的磁共振成像,磁悬浮列车上使用强磁场技术。另外,强磁场在化学合成,特殊材料,生物技术,医药卫生等新兴技术可能在研究和开发中发挥关键作用,培育新的发明。

  据了解,强磁场有助于促进多学科研究,特别是生命科学,物理学,材料与化学,新技术的交叉研究。 2014年,合肥生物技术研究所吴跃进集团与强磁场科学中心仲恺集团合作研究造影剂对水稻生长的潜在影响。根据磁共振成像获得根系造影剂的动态信息。这也是世界上第一次在磁共振成像技术中使用造影剂进行水稻根部无损检测,为植物根部研究提供了一种新的研究方法。

  在中科院12日接受采访时,强磁场科技重大突破选入医院双百优秀。 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,充分肯定了团队的成就。

  同时,提出并实施了国家大型科学设备开放和管理的新模式。自2010年试运行以来,该设备为北京大学,复旦大学,中国科学技术大学,浙江大学,南大,中国科学院物理研究院,中国科学院等100多家用户单位提供了实验。中国科学院固体物理研究所,上海生物物理研究所,福建物质研究所,有力地支持了强磁场下的前沿研究,产生了一大批具有国际影响力的科研成果。

  随着稳态强磁场装置项目建设的推进,强大的磁场可以对抗强大的战场技术研究队伍成长。稳态磁场实验装置将成为科学研究和技术发展的创新源泉,为建设合肥综合性国家科学中心贡献更大的科技力量。

  “中国科技报”(2017-10-23第五届创新周刊)

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