中國大型脈衝強磁場試驗裝置通過驗收 此前僅美、法、德擁有

10月23日，中國“十一五”期間部署建設的國家重大科技基礎設施項目—脈衝強磁場實驗裝置，在華中科技大學通過國家驗收，正式宣告我國擁有了國際頂級水平的脈衝磁場實驗裝置。這一裝置的研製與受控核聚變託卡馬克（磁約束受控核聚變）裝置有很大關係，其技術來自託卡馬克裝置研製，而磁技術水平的提高將促進未來更接近實用的託卡馬克裝置的研製。同時脈衝強磁場技術也將在其他尖端技術領域發揮重要作用。

中國國家脈衝強磁場裝置驗收現場

中國脈衝強磁場裝置蓄電池電源系統

80特斯拉脈衝強磁體試驗現場合影

90.6特斯拉脈衝強磁體

脈衝發電機型電源系統

據介紹，強磁場與極低温、超高壓等，被列為現代科學實驗最重要的極端條件之一。脈衝強磁場技術是產生強磁場的重要技術，建設脈衝強磁場實驗裝置可為凝聚態物理、材料、磁學、化學、生命與醫學等領域科學研究提供理想的研究平台。

另據人民日報報道，23日，我國“十一五”期間部署建設首批由高校承建的國家重大科技基礎設施之一——華中科技大學脈衝強磁場實驗裝置通過國家竣工驗收，標誌着我國擁有了國際頂級水平的脈衝磁場實驗裝置，成為繼美、德、法之後第四個擁有大型脈衝磁場實驗裝置的國家。

基礎科研必需品

提供現代科學實驗極端條件的理想平台

“從此以後，我們在強磁場環境下做實驗，再不用找關係到國外實驗室排隊了！”驗收現場，驗收委員會專家、長期從事磁學和磁性材料研究的中國科學院院士都有為難掩激動……

“簡單來講，這就相當於提供了一個極端環境下的實驗平台。” 華中科技大學國家脈衝強磁場科學中心(籌)主任李亮介紹説，強磁場被列為現代科學實驗最重要的極端條件。大多數科學效應的顯現都與磁場強度有關：磁場強度越高，效應就會越明顯，有些科學效應甚至只有在強磁場環境中才會顯現。

該項目技術總監、中國工程院院士潘垣介紹説，脈衝強磁場技術不僅能滿足前沿基礎研究的需要，且在航空航天、新能源等行業有着廣泛的應用。據介紹，近30年來，與強磁場相關的諾貝爾獎項達到10個，涵蓋物理、材料、化學、生物和醫學多個領域。

“特斯拉”是國際上用以衡量磁場強度的單位。2013年8月6日晚19點20分，國家脈衝強磁場科學中心成功實現了90.6特斯拉的峯值磁場，再一次刷新我國脈衝磁場的最高強度紀錄，使我國成為繼美國、德國後世界上第三個突破90特斯拉大關的國家。

目前已通過竣工驗收的脈衝強磁場實驗裝置，不僅擁有可達到90.6特斯拉磁場強度的系列脈衝磁體，還配備了低温、高靜壓、光源等其它實驗條件，建有電輸運、磁特性、磁光特性、壓力效應、極低温、電子自旋共振、核磁共振等多個科學實驗站，可為脈衝強磁場下物理、材料、化學、生命與醫學等領域科學研究提供理想的研究平台。

“現在，我們可以毫不客氣地説，在脈衝強磁場的技術領域，我們做到了世界頂尖！” 作為脈衝強磁場實驗裝置的“發起人”，潘垣表示。

大型脈衝強磁場技術是世界主要大國競相研製的重要項目，圖為美國強磁場裝置研製成功時現場的合影

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日本強磁場研究裝置

工業應用新探索**

 

瞬間“百鍊鋼化繞指柔”，永磁裝備充磁如充電

“看起來就像氣功一樣，當我們用電源驅動一個脈衝強磁場時，在100毫米的直徑範圍內，可產生500噸的電磁感應力，瞬間改變對象的形態。”李亮指着一件厚6毫米、直徑600毫米的喇叭狀金屬管説，“利用脈衝強磁場成形裝置，將一塊金屬圓板塑成這個形狀，只需要一道工序、十幾毫秒、0.001度電。”

這種技術被稱為“多時空脈衝強磁場成形制造技術”，是李亮團隊依託該中心自主研發的電源、磁體和控制技術，在全球首先提出併成功研發的。其原理在於，在脈衝強磁場環境中，線圈與金屬材料相互作用，能產生極大的洛侖茲力，將堅硬的金屬材料“百鍊鋼化為繞指柔”，在1至2毫秒的時間內塑造成特定的形狀。

“這種技術不僅高效，且成本大幅降低，過程更為可控，成形面積更大，可成形樣式更復雜，實現金屬零部件的整體單次成形，避免了有縫拼接對零部件性能的破壞，可被廣泛應用於航空、航天、兵器工業、汽車製造、儀表儀器等諸多領域。”脈衝強磁場實驗裝置技術副總監姚凱倫説。

此外，李亮團隊在永磁裝備充磁方面也取得了革命性突破。永磁材料被廣泛應用於風力發電機、磁共振成像等。中心將專門的充磁夾具或充磁線圈集成在永磁設備上，不僅可以實現先拼裝後整體充磁，再次充磁時也無需拆卸永磁塊，只需接上電源再次放電即可，大幅降低了裝配難度，提高了充磁效果，讓大型永磁設備的充磁就像手機充電一般方便。此外，脈衝強磁場的相關衍生技術還可應用於磁製冷、磁治療等多個領域，成為我國經濟社會發展的重要推動力量。

自主創新新常態

研發系列國際先進水平關鍵設備，掌握核心技術

“我們可以用常規的、廉價的導體實現美國用價格高昂的導體達到的同樣質量的脈衝磁體，成本不到美國和德國同類磁體1/10。”李亮不無驕傲地説：“產生90.6特斯拉磁場強度的磁體、電源、控制系統等全套裝置均為中心自主開發研製”。有國外專家如此評價：“你們用1.3億人民幣做了1.3億美元的事情。”

在中心，創新成了常態。

線圈作為磁體裝置的“心臟”，其材料和繞制方式是影響磁體整體性能的關鍵，而攻克這一難題的，是中心一位“75後”的教授——彭濤。這位由華中科技大學電氣學院培養的博士，在2010年為強磁場中心成功繞制了能實現75特斯拉峯值磁場的單線圈磁體，這是目前世界上採用軟銅繞制的最高場強磁體。

當彭濤謀劃着讓繞制磁體產生的磁場再往上加一點時，中心的王紹良工程師則一心一意地做着温度的“減法”。從2008年7月到2011年3月，王紹良團隊歷經30多個月的艱苦攻關，自主研發了“用於脈衝強磁場科學研究的吉福特—麥克馬洪製冷機樣品冷卻技術”，只需少量氦氣，即可在5分鐘內將預冷過的實驗樣品降温至-271.8℃，大幅提高了實驗效率。

此外，中心還研發了一系列國際先進水平的關鍵設備，並掌握相關核心技術：自研自制的國內首創集成式脈衝強磁場裝置、探測靈敏度為國際同類型裝置最高的電輸運實驗站、激光光源波長範圍為國際同類型裝置最寬的磁光科學實驗站、獨創的平頂波形脈衝磁體……

這一系列成績，都深深地打上“中國創造”的烙印。