超越美國！時隔7年，我國科學(xué)家刷新這項(xiàng)世界紀(jì)錄，該領(lǐng)域是當(dāng)代科學(xué)前沿“必爭之地”

每經(jīng)編輯 孫志成    

據(jù)新華社報道，9月22日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心自主研制的水冷磁體成功產(chǎn)生42.02萬高斯的穩(wěn)態(tài)磁場，打破了2017年美國國家強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室水冷磁體創(chuàng)造的41.4萬高斯的世界紀(jì)錄。

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場是開展物質(zhì)科學(xué)前沿研究所需的一種極端實(shí)驗(yàn)條件，是推動重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的“利器”，強(qiáng)磁場技術(shù)已成為國際科技競爭的重要領(lǐng)域。

這一磁體的研制成功，將為科學(xué)家探索新現(xiàn)象、揭示新規(guī)律提供強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)條件，也將為我國建設(shè)更高場強(qiáng)的穩(wěn)態(tài)磁體打下關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

我國刷新水冷磁體強(qiáng)磁場世界紀(jì)錄

9月22日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心自主研制的水冷磁體產(chǎn)生了42.02萬高斯（即42.02特斯拉）的穩(wěn)態(tài)磁場，打破了2017年由美國國家強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室水冷磁體產(chǎn)生的41.4萬高斯的世界紀(jì)錄，成為國際強(qiáng)磁場水冷磁體技術(shù)發(fā)展新的里程碑。這也是穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置繼2022年混合磁體成功創(chuàng)造45.22萬高斯的世界穩(wěn)態(tài)磁場紀(jì)錄之后，取得的又一項(xiàng)重大技術(shù)突破。

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場刷新水冷磁體世界紀(jì)錄（中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院供圖）

據(jù)上海證券報，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場磁體分為三種類型，即水冷磁體、超導(dǎo)磁體以及由水冷磁體和超導(dǎo)磁體組合的混合磁體。水冷磁體是科學(xué)家們最早使用的磁體類型，擁有磁場調(diào)控靈活快捷，且具有能夠產(chǎn)生更高磁場強(qiáng)度的優(yōu)勢，為物質(zhì)科學(xué)研究提供了可靠和高效的實(shí)驗(yàn)條件。

強(qiáng)磁場科學(xué)中心學(xué)術(shù)主任匡光力研究員將穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場技術(shù)的發(fā)展形象地比作乒乓球賽場上的競技，“水冷磁體、超導(dǎo)磁體都是‘單打高手’，混合磁體是‘混雙組合’，2022年我們曾以綜合優(yōu)勢問鼎‘混雙冠軍’，今天我們在這一領(lǐng)域又有了新的突破，拿下了一項(xiàng)‘單打冠軍’。”

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場是物質(zhì)科學(xué)研究需要的一種極端實(shí)驗(yàn)條件，是推動重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的“利器”。幾十年來，全球科學(xué)家在穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場條件下的科學(xué)研究取得了許多重大科研成果，先后有十多項(xiàng)科研成果獲得諾貝爾獎。因此，強(qiáng)磁場技術(shù)的發(fā)展成為國際科技競爭的重要領(lǐng)域，目前國際上有五大穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室，分布于美國、法國、荷蘭、日本和中國合肥科學(xué)島。

技術(shù)突破的意義相當(dāng)重大

據(jù)大皖新聞，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置法人單位是中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，共建單位是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，各項(xiàng)任務(wù)依托強(qiáng)磁場科學(xué)中心完成。裝置于2008年5月19日獲批開工，2010年10月28日轉(zhuǎn)入“邊建設(shè)、邊運(yùn)行”模式，2017年9月27日通過國家驗(yàn)收并正式投入運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置在建設(shè)過程中取得了一系列成就，磁體技術(shù)和綜合性能處于國際領(lǐng)先地位。團(tuán)隊(duì)成功研制出世界最高穩(wěn)態(tài)磁場的混合磁體、五臺不同用途的水冷磁體（四創(chuàng)世界紀(jì)錄、三臺保持至今），建成了國際首創(chuàng)的水冷磁體掃描隧道顯微鏡、掃描隧道-磁力-原子力組合顯微系統(tǒng)等一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。裝置為開展物理、化學(xué)、材料、生命健康和工程技術(shù)等學(xué)科的研究提供了穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)條件，已在多學(xué)科前沿探索中取得諸多重大科技成果。

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場42.02萬高斯水冷磁體（中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院供圖）

據(jù)文匯報報道，“其實(shí)，早在2015年，我們就拿下了穩(wěn)態(tài)磁場水冷磁體的世界冠軍。但美國在2017年又奪了過去，并保持了7年。這次，我們再次將這個‘世界冠軍’奪了回來?！笨锕饬φf，強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置能力關(guān)乎國家科學(xué)前沿探索能力，也蘊(yùn)含著大量科學(xué)機(jī)遇。自1913年以來，全球科學(xué)家在穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場條件下的科學(xué)研究取得了許多重大科研成果，“現(xiàn)在，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場的三項(xiàng)世界紀(jì)錄都回到了中國科學(xué)家手中，我們這次成果助力中國穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場磁體技術(shù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)‘大滿冠’ ?！?/span>

“在科學(xué)前沿，每一點(diǎn)極限的突破，每一點(diǎn)指標(biāo)的提升，都需要花費(fèi)極大的代價?！笨锕饬φJ(rèn)為，這次重新“奪冠”，雖然從數(shù)值上只比美國高出了0.62T，但其技術(shù)突破的意義卻相當(dāng)重大?！斑@就好像人類百米短跑的世界紀(jì)錄，提升0.01秒也十分困難?！?/span>

為此，合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場裝置團(tuán)隊(duì)從4年前起，在電源、冷卻系統(tǒng)等支撐系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)提升上，花了大量精力。例如，團(tuán)隊(duì)將水冷磁體WM6的供電能力進(jìn)行了提升，而且紋波更小、更穩(wěn)定。

當(dāng)支撐系統(tǒng)有了巨大提升后，團(tuán)隊(duì)再次將主攻目標(biāo)轉(zhuǎn)向水冷磁體。

bitter片是水冷磁體的關(guān)鍵部件，每臺磁體由1000多片bitter片疊連而成。合肥物質(zhì)院團(tuán)隊(duì)對其通水孔進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，使得其性能更加優(yōu)良，可以承載更大電流。

更大的電流就意味著產(chǎn)生更大的熱。在強(qiáng)磁場水冷磁體裝置中，1秒所產(chǎn)生的熱量足以熔化35公斤鐵塊。為此，團(tuán)隊(duì)改良了水冷系統(tǒng)。

“值得自豪的是，裝置所有部件都是在科學(xué)島自主研制、加工、裝配的?！笨锕饬Ψ浅Ｓ行判牡乇硎荆趯?shí)現(xiàn)了42.02T的目標(biāo)之后，裝置支撐系統(tǒng)還有很大余力，這為裝置沖擊下一個目標(biāo)，留下了足夠的支撐空間。

編輯|孫志成 易啟江

校對|劉思琦

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合自新華社、上海證券報、大皖新聞、文匯報等