最近，一則簡(jiǎn)短的科技新聞在各大媒體上一飄而過(guò)，標(biāo)題是《我國(guó)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁實(shí)驗(yàn)裝置刷新世界紀(jì)錄》。嗯 估計(jì)大部分人看到這個(gè)新聞后會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)疑問(wèn)，穩(wěn)態(tài)？強(qiáng)磁？磁鐵不都是穩(wěn)定的么，電磁鐵不也是通電就可以了么。

誒？還真沒這么簡(jiǎn)單！那今天，咱們就來(lái)詳細(xì)地說(shuō)說(shuō)這個(gè) 穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁是個(gè)什么神秘裝置。

首先，咱們先電磁鐵，它在達(dá)到較高的磁性后是很難保證穩(wěn)定的磁矩輸出的。就好比人工太陽(yáng)，也就是受控核聚變技術(shù)，科學(xué)家們還在一秒一秒突破和提高。強(qiáng)磁也是一樣。不僅要保持能源的高流量輸出還要保持高流量穩(wěn)定的輸出，同時(shí)還要保證超高流量通過(guò)時(shí)所帶來(lái)的巨大熱量的散發(fā)。

所以這個(gè)技術(shù)就不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地靠放大設(shè)備尺寸堆材料就能實(shí)現(xiàn)的了。他不僅要使用到超導(dǎo)材料，還要針對(duì)這個(gè)裝置創(chuàng)建一套完整的配套設(shè)備，和能源管理系統(tǒng)，這都需要科學(xué)家們一項(xiàng)項(xiàng)地攻關(guān)。

那么咱們這個(gè)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁實(shí)驗(yàn)裝置能產(chǎn)生多大的磁力呢。新聞中透露是45.22萬(wàn)高斯，也就是45.22特斯拉。這特斯拉就是那個(gè)天才電氣工程師，尼古拉特斯拉，這個(gè)國(guó)際通用的磁通量密度單位就是為了紀(jì)念特斯拉而應(yīng)用的。在實(shí)驗(yàn)室中1特斯拉等于1萬(wàn)高斯。這45.22萬(wàn)高斯打破了國(guó)際上最高，也就是美國(guó)的45萬(wàn)高斯多了2200高斯?？蓜e小看這多出來(lái)的2200高斯，這就好比在90分的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了新的提高，難度可想而知。

別看我們國(guó)家現(xiàn)在是超過(guò)了國(guó)際水平，但實(shí)際上我們的起步很晚，相比于美歐20世紀(jì)60年代就開始的研究，我們國(guó)家2007年才由發(fā)改委正式批復(fù)同意強(qiáng)磁場(chǎng)裝置的建設(shè)。我們雖然起步晚起點(diǎn)高，但順利地完成了任務(wù)，更難能可貴的是，我們的科研隊(duì)伍平均年齡卻只有35歲。未來(lái)他們的發(fā)展?jié)摿﹄y以估量啊。

那這45.22萬(wàn)高斯的磁場(chǎng)是什么概念呢？首先我們對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)的定義是超過(guò)20萬(wàn)高斯，一般咱們生活中可以接觸到的強(qiáng)磁場(chǎng)是常用在醫(yī)院的磁共振成像，也就是MRI，它的磁場(chǎng)可以達(dá)到8萬(wàn)高斯。它可以不用侵入到咱們?nèi)梭w就可以把咱們的臟器看個(gè)清楚。而咱們腳下地球的磁場(chǎng)約等于0.5高斯，就是這0.5高斯，就可以讓咱們手中的指南針轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以讓鳥類辨別方向，你可別認(rèn)為這0.5高斯就能把人嘬在地上啊，那是重力，跟咱們說(shuō)的這個(gè)是磁場(chǎng)不是一回事啊。所以說(shuō)，地球這0.5高斯就能干這么多事，可想而知這90多萬(wàn)倍的45.22萬(wàn)高斯能做的事有多少。

但是畢竟這個(gè)是磁鐵，大家對(duì)于磁力的認(rèn)知基本還都停留在電機(jī)，冰箱貼這種普通的磁鐵認(rèn)知。大部分人并不知道，強(qiáng)磁場(chǎng)能做的工作遠(yuǎn)超咱們的想象，甚至可以幫助人類實(shí)現(xiàn)，通信、材料醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等等眾多學(xué)科的突破。

自從邁克爾法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)之后，人類對(duì)于電磁領(lǐng)域的研究就不斷地推進(jìn)。在強(qiáng)磁場(chǎng)試驗(yàn)下，物質(zhì)特性會(huì)受到調(diào)控，而材料中的電荷、自旋、軌道這些量子態(tài)也會(huì)產(chǎn)生變化。我們都知道，物質(zhì)的特性就是靠著分子結(jié)構(gòu)來(lái)支撐的。而強(qiáng)磁場(chǎng)可以非常有效地誘導(dǎo)自旋、來(lái)改變電子能態(tài)和原子、分子間的相互作用，使之出現(xiàn)多種多樣的新物理態(tài)、化學(xué)現(xiàn)象和效應(yīng)。那么最典型的例子就是發(fā)現(xiàn)了量子態(tài)下的霍爾效應(yīng)。和分?jǐn)?shù)霍爾效應(yīng)。不僅這種現(xiàn)象的應(yīng)用范圍非常廣，同時(shí)我們還定義了福特和歐姆這種電氣單位。那這些我們今天就不展開說(shuō)了。

那強(qiáng)磁場(chǎng)到底能對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有什么幫助呢？咱們來(lái)一一的列舉

首先是半導(dǎo)體技術(shù)，咱們都知道，我們雖然有芯片的設(shè)計(jì)能力，但是沒有芯片的制造條件，我們現(xiàn)在能達(dá)到的芯片制備條件穩(wěn)定的生產(chǎn)的最高種類也就剛剛進(jìn)入10納米以內(nèi)，都知道，我們沒有光刻機(jī)啊，雖然我們?cè)趥鹘y(tǒng)光刻機(jī)技術(shù)上想要趕超，現(xiàn)在看是比較的難了，甚至?xí)且粓?chǎng)曠日持久的追趕，但是在半導(dǎo)體生長(zhǎng)技術(shù)方面我們卻有彎道超車的機(jī)會(huì)。

近兩年碳納米管技術(shù)越發(fā)火熱，而在強(qiáng)磁場(chǎng)條件下，我們會(huì)應(yīng)用強(qiáng)磁場(chǎng)條件來(lái)控制納米晶線和納米晶粒的生長(zhǎng)，并可以讓碳納米管在金屬與半導(dǎo)體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這些都是下一代微電子和光電子器件的基礎(chǔ)。

還有磁學(xué)，也就是磁性材料的探究，有了30萬(wàn)高斯以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，我們就能深入研究磁現(xiàn)象和新型磁性功能材料的開發(fā)的相關(guān)技術(shù)，這個(gè)技術(shù)會(huì)直接推動(dòng)電機(jī)、儀表、家電、磁存儲(chǔ)器等眾多領(lǐng)域的發(fā)展。對(duì)咱們現(xiàn)在已經(jīng)領(lǐng)先世界的電動(dòng)汽車技術(shù)又是一個(gè)重大的助力。

然后是化學(xué)，我們利用強(qiáng)磁場(chǎng)可以誘發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)，這樣就可以合成新的材料，這個(gè)原理還是由于強(qiáng)磁場(chǎng)可以誘導(dǎo)物質(zhì)的電子自旋而觸發(fā)的。他可以誘發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)，可以用仿生的技術(shù)來(lái)模擬生物條件下的礦化過(guò)程，及高分子材料的合成。

除此之外，微重力也是強(qiáng)磁場(chǎng)重要的研究方向，咱們太空中天宮空間站不就叫做太空實(shí)驗(yàn)室么，為的就是研究失重條件下的，晶體、細(xì)胞、植物等的生長(zhǎng)，而強(qiáng)磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁懸浮效應(yīng)，這種微重力環(huán)境同樣可以幫助我們?cè)诘孛鎸?duì)這些方向進(jìn)行研究。

而在這些研究中，還有一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣泛，這就是NMR核磁共振的研究，這里的區(qū)分一下啊，剛才說(shuō)的MRI是磁共振，這個(gè)NMR是核磁共振，是利用核磁共振原理，依據(jù)所釋放的能量在物質(zhì)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中的不同的衰減，然后再根據(jù)電磁波在這些檢測(cè)位置所呈現(xiàn)的效果，以此來(lái)繪制成物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。

而這個(gè)NMR技術(shù)，可以在從固體到液體，從材料到土壤，再到石油勘探生理解剖以及植物育種到食品加工，都可以有非常的廣泛的應(yīng)用。至今已經(jīng)有5個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)授予過(guò)和NMR技術(shù)相關(guān)的科學(xué)研究了，可想而知其應(yīng)用場(chǎng)景只廣泛。

除了剛才說(shuō)的這幾個(gè)方面之外還有材料科學(xué)、低緯物理學(xué)，高溫超導(dǎo)體、原子分子物理學(xué)，有機(jī)化合物研究等等諸多方面。

我們雖然在穩(wěn)定強(qiáng)磁場(chǎng)方面已經(jīng)領(lǐng)先于世界，但是在相關(guān)的脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的研究方面我們還處在追趕的位置，而脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)可以輕輕松松達(dá)到百萬(wàn)級(jí)高斯的程度，而在蘇聯(lián)時(shí)期，蘇聯(lián)科技人員甚至曾經(jīng)創(chuàng)造了1600萬(wàn)高斯的強(qiáng)磁場(chǎng)。雖然脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的持續(xù)時(shí)間極短，但是他超級(jí)強(qiáng)大的磁場(chǎng)除了可以對(duì)極細(xì)微尺度的物理問(wèn)題研究提供手段外，還可以幫助我們研究腫瘤的產(chǎn)生，甚至對(duì)生物體的免疫功能有一定的調(diào)節(jié)作用。

總之，磁力的強(qiáng)大遠(yuǎn)超我們的想象，在不久的將來(lái)，這一中國(guó)科研重器將潛移默化地改變著我們的生活。