探秘世界最强“稳态强磁场”实验装置

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