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8年不懈努力 合肥科学岛稳态强磁场装置的最高磁场已位居世界第2位

日期:2017-03-27 08:43:26编辑作者:365最新地址

 

它是高达六米的“大块头”装置,运行起来能让附近一切带有磁性的物品“功能全无”;它是科研人员奋战8年的智慧结晶,在多个国家实验室宣告失败的情况下,以自主研发的实力站在了“世界第二”的位置上;它曾吸引美国科学家两度来到科学岛考察,因为它创造了“世界纪录”;它是合肥综合性国家科学中心三大核心大科学装置之一,为合肥拿到综合性国家科学中心的“通行证”贡献了不容小觑的力量……它就是位于合肥科学岛强磁场中心的稳态强磁场实验装置。

“未来,它将能够吸引更多科学家到合肥实验室开展科研活动,其中甚至包括世界顶尖科研团队。”强磁场中心首席专家、总工程师高秉钧说,这样的“吸引力”对于合肥城市品牌的塑造和科研实力的提升,其重要性不言而喻。

隔着一堵墙科研人员身上钥匙被“吸起来”

地球是一个大磁体,利用地磁,中国古人发明了指南针。根据测算,地磁只有0.5-0.6高斯,而稳态强磁场产生的40特斯拉实际就是40万高斯,相当于地球磁场强度的80万倍。

当位于科学岛的稳态强磁场实验装置正式运转起来的时候,其产生的巨大磁场,足以让随身任何带有磁性的物品“功能丧失”,“所以进入磁体站工作或参观都必须将身上银行卡之类取下,不然就会消磁了。”强磁场中心首席专家、总工程师高秉钧说。

当时,有一位科研人员站在一墙之隔的地方,身上的钥匙都被该磁体产生的磁场吸引而竖立起来,“如果离得近,那钥匙就会像子弹一样‘嗖’的一下飞出去,被吸过去。”

2016年11月,该装置产生40特斯拉磁场强度,成为国际磁场强度第二高的稳态磁体装置。2017年2月,专家组完成对混合磁体工艺测试验收,顺利完成国家十一五重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”混合磁体的各项建设任务。

从“一无所有”起步 登上“世界榜眼”

高秉钧是强磁场领域的“资深专家”,1992年5月主持设计和建造的20T混合磁体实验装置获中国科学院科技进步一等奖,使我国成为当时世界上七个拥有20T稳态磁场的国家之一。

在美国工作期间,他创立的比特磁体设计新理念被应用于美国国家强磁场实验室多个水冷磁体设计,1997年,高秉钧从美国归来,开始为强磁场项目获准立项奔走。

2008年5月,位于科学岛的稳态强磁场项目正式启动,回忆起当初,强磁场中心科研人员谭运飞无限感慨:“强磁场一无所有,没有一草一木,办公室是借用的,新的大楼图纸还在设计中。”

8年间,这里已经从“一无所有”成长为“世界第二”。

跟美国的设计理念一样,我国同样采取混合磁体的形式,也就是水冷磁体和超导磁体相结合,内水冷磁体产生30万高斯,外超导磁体产生10万高斯,二者组合产生40万高斯磁场,目前美国实现了45万高斯。

“目前,只有美国在我们前面,荷兰、法国强磁场实验室也正在为40万高斯以上磁场努力。”高秉钧说。

磁体科学与技术部研究员陈文革介绍,强磁场中心已经具备了产生45万高斯强磁场的技术能力,也就是达到世界第一的标准,“目前装置按照40万高斯来运行,接下来将冲刺世界冠军。”

大年初四在磁体大厅走廊吃盒饭只为等待那一刻

2016年底混合磁体首次调试达到工程验收指标-磁场强度达到40特斯拉(40万高斯),然而欢欣之余却遭遇了一点小故障,工程验收在即,这可怎么办?

2017年1月20日,眼见着春节到了,强磁场中心主任匡光力召集大家召开工程会议。

高秉钧说,“组内已经开过会,春节期间三人值班。”超导电源负责人刘小宁回答,“相关人员都在。”超导磁体组潘引年则表示:“过年是小孩子的事,老了过不过都一样。”中控组一群年轻人表态:“时刻准备,服从安排。”低温组欧阳峥嵘说:“箭在弦,已经到了不得不发的状态。”

大年初四,终于再次成功!“我们就在中心吃的盒饭,但是心情是非常激动的。”磁体科学与技术部研究员陈文革说。

大装置“成型”过程:只准成功不准失败

在科学岛强磁场中心,6米高的稳态强磁场装置正处在低温状态,二楼的控制室内,大屏幕被各项参数“霸占”,这里是一个需要24小时有人值守的地方,任何细微的变化都在科研人员的火眼金睛中。

“打造这样一个装置,我们的团队花了8年的时间。”陈文革说,“每一步都要小心谨慎,只能成功不能失败。”

从最基本单元、直径不到10厘米的比特片到高达6米的庞然大物,稳态强磁场装置的每一个部件和每一个设计,都是自主研发和制作,“一个环节出了问题,不仅意味着巨大投资的损失,还意味着过去两三年的时间都打了水漂。”

“如何保证不出差错,一蹴而就?”记者问。

“小心,小心,再小心,理论设计反复验证,加工质量环环把关,我们的压力是巨大的,连轴转也是家常便饭。”接受记者采访时,陈文革说。

“大家都知道,陈文革老师是全中心‘最胆小’的人。”强磁场中心工作人员说。

美国专家曾在这里“逗留”两周

2014年,4月16日,强磁场中心研制的50毫米孔径5号水冷磁体(WM5)在电流36700安培的条件下,获得35特斯拉的稳态超强磁场,打破了50毫米孔径水冷磁体创造磁场的世界纪录,强度相当于太阳黑子磁场的3倍。

“在这个领域,美国一直走在前面,我们打破世界纪录之后,两位美国的科学家两度来到科学岛考察。”高秉钧说,他们对“中国实力”刮目相看。

作为合肥综合性国家科学中心的三大核心装置之一,稳态强磁场装置的重大意义还在于它作为一个开放的实验平台,可以吸引众多科研团队前往,“目前已经有众多科研团队在这里开展研究,包括新材料、生物医药等等。”高秉钧介绍,“在强磁场状态下,我们能看到很多常态中看不到的现象,比如一种普通的材料可能就变成了新的导体。这也为科研新发现提供了基础。”

“我们技术领先,就会有来自全国乃至全世界的团队到来。”高秉钧表示,这样的吸引力对于合肥城市品牌和科研实力的提升,大有好处。

■脑洞大开篇:

作为基础研究,强磁场为众多科研的顺利开展提供了平台,未来,随着强磁场技术的发展,将会给人类生活带来哪些颠覆性变化?科研人员也“脑洞大开”,与读者分享他们的畅想。

可以观察到 人类新陈代谢的过程

“在医院里,核磁共振就利用了强磁场技术。”陈文革介绍,磁场越强,能看到的越清晰,现有实验室的设备,甚至可以清晰地看到人脑的细胞构成。

“未来,在强磁场环境下,可以看到更为微观的状态,甚至人的新陈代谢的过程,物质是怎么在人体内发生变化的。”高秉钧说。

在强磁场环境下 发现全新的导体材料

强磁场环境是一个异于常态的环境,在这里,“一切皆有可能”。“比如,一个普通材料,很有可能就成为了新的导体。”

过去20年,与强磁场有关的科研成果,已经有十多项获得了诺贝尔奖,可谓“诺奖富矿”,“一不小心又有一个可以获诺奖的成果,也是极有可能啊。”高秉钧说。

长距离无损耗传输电能 将“颠覆世界”

超导状态下,电阻可以忽略,这意味着电力的输送将不会有任何损耗,“但是目前超导都是低温状态下实现的,科学家正在努力提高超导材料的临界温度,如果能够实现超导材料的常温化将颠覆人类生活。”陈文革说。

“如果实现了常温超导,你们可以想象一下,不管多远的距离输送电力,都可以毫无损耗,比如,美国的太阳能发电可以输送到正处在夜晚的中国。”高秉钧大胆设想。

“强磁场未来一定会实现更大的突破,但是这条路怎么走,没有人知道,都是摸索着前行。”高秉钧说,但是,一旦找到路径,就一定是重大科研成果

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