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本文转自:合肥晚报
稳态强磁场实验装置混合磁体
安徽合肥西郊,有一座面积不到3平方公里的小岛。这里三面环水,环境清幽,有个别致的名字——“科学岛”。
在这片远离喧嚣的地方,坐落着中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心(以下简称“强磁场中心”)。2022年8月,该中心的稳态强磁场实验装置(以下简称“实验装置”)实现重大突破,其混合磁体产生了45.22万高斯的稳态磁场,打破保持23年之久的世界纪录。
走进强磁场中心一楼大厅,一台实验装置的模型映入眼帘,旁边整齐摆放着依托稳态强磁场发现的各类成果展板。
强磁场中心工程师汪文强向记者做起了科普——
强磁场,是开展前沿科学研究必不可少的一种极端实验环境。在强磁场中,科学家能够观察到诸多日常条件下难以窥见的物理化学现象。根据持续时间长短,强磁场分为脉冲强磁场和稳态强磁场。稳态强磁场可以根据科学实验需求,在一定时间和一定数值上保持稳定。产生稳态强磁场的磁体主要有3种:水冷磁体、超导磁体和混合磁体……
“提到稳态强磁场,大家可能感觉很陌生,但实际上它早已进入我们的生活。”汪文强说,“磁共振成像就是稳态强磁场的典型应用之一,只是其磁场较低。”
说话间,记者随汪文强走近实验装置。
实验装置由10台磁体组成,包括5台水冷磁体、4台超导磁体和1台混合磁体。
宏伟的实验大厅里,4根直径约半米的倾斜钢柱支撑起一个6米多高的巨型圆罐,整体形态与混凝土搅拌站有些相像。
“这就是打破世界纪录的混合磁体。外面是室温孔径800毫米、磁场强度11.2万高斯的超导磁体,里面是水冷磁体。”汪文强介绍,尽管外形庞大,但其内部用于放置实验样品的空间非常有限,孔径只有32毫米。水冷磁体承受着巨大的电磁应力,相当于万米潜航器所承受水压的7倍。
“追求极高磁场,就像攀登珠穆朗玛峰。”强磁场中心学术主任、安徽大学校长匡光力告诉记者,“作为全球第五个、我国第一个稳态强磁场实验装置,这个大国重器为科研人员提供了一个尖端研究平台。”
“完全是摸着石头过河!”回忆起建设过程,强磁场中心水体磁体组组长房震说,“用什么材料、开多大孔径,我们都是先进行理论分析和模拟,再着手建设。”
科研团队先后遇到一系列棘手问题。比如所需的“铜银合金”材料,当时极为稀缺,为获取这种材料,他们花费了大量精力。此外,需要用到的大功率整流器,国内并没有现成产品。科研人员只好与生产厂家商量,先支付费用,且明确研发失败费用不退,对方才同意研发和生产。
“每一步都非常难,而测量系统的研制可谓难上加难。”匡光力打比方道,“实现从磁体运行的复杂电磁环境中筛选出微弱的有用信息,就如同在一大片草地上寻找一根绣花针。”
精益求精的钻研精神,从一组数据中可见一斑:以低温阀箱为例,其设计历时5年,团队为此绘制了约1200张图纸,在约1.5立方米的狭窄空间内,累计使用的各种管材总长度达2460米,阀箱总共焊缝数量达到了5811条。
2017年的大年初二,混合磁体调试成功。
“人气非常旺!科学家们都热衷在这个装置上面进行实验。”匡光力说。
截至2023年底,实验装置已为国内外近200家单位3000余项课题提供了实验条件,助力论文产出近2500篇。与此同时,依托实验装置研究产生的多项成果,如组合扫描探针显微技术、国家Ⅰ类抗癌创新靶向药物等,成功转化为现实生产力。
习近平总书记强调,真正的大国重器,一定要掌握在自己手里。
“我们正在主导建设‘强光磁集成实验设施’,建成后又将是一个大国新重器!”匡光力信心满满地表示,他将和团队全力以赴,建好用好大科学装置,以奋勇争先的姿态,为加快实现高水平科技自立自强积极贡献力量。
科技日报记者 洪敬谱 吴长锋
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快照生成时间:2024-04-16 06:45:01
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