45.22萬(wàn)高斯！

我國(guó)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)重大突破，混合磁體裝置產(chǎn)生了45.22特斯拉的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)，相當(dāng)于地球磁場(chǎng)的90多萬(wàn)倍，打破了自1999年以來(lái)，由美國(guó)國(guó)家強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室混合磁體創(chuàng)造的45特斯拉的世界紀(jì)錄，從此我國(guó)成為這一世界紀(jì)錄的保持者！

對(duì)于吃瓜群眾而言，這事聽(tīng)起來(lái)似乎很厲害，但自己一臉懵逼。

“這個(gè)世界紀(jì)錄是如何創(chuàng)造的？”

“我國(guó)創(chuàng)造相當(dāng)于地球磁場(chǎng)90多萬(wàn)倍強(qiáng)度磁場(chǎng)究竟有啥用？”

“跟我有什么關(guān)系？”

這事還真的跟你有關(guān)系，咱們?cè)卺t(yī)院用到的核磁共振就和它有關(guān)系。別急啊，這篇文章就帶你詳細(xì)了解一下。

世界紀(jì)錄是如何創(chuàng)造的？

中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心一共有10臺(tái)磁體，其中包括：5臺(tái)水冷磁體，4臺(tái)超導(dǎo)磁體以及1臺(tái)混合磁體。

此次45.22萬(wàn)高斯的世界紀(jì)錄是由一臺(tái)磁體口徑32毫米的混合磁體產(chǎn)生的。

混合磁體由內(nèi)水冷磁體，外超導(dǎo)磁體組合而成，外圍包括復(fù)雜的配套支撐系統(tǒng)?；旌洗朋w是國(guó)際上難度最高的磁體，但它也是能夠產(chǎn)生最高穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的磁體，此次咱們也就是用它來(lái)打破的美國(guó)保持23年之久的世界紀(jì)錄。

科學(xué)家很早就知道，電和磁有很密切的關(guān)系，電可以生磁，咱們家用的導(dǎo)線就會(huì)有磁場(chǎng)，只是磁場(chǎng)太弱了，為了制作出更強(qiáng)的磁場(chǎng)，咱們必須要想點(diǎn)辦法。

比如：把一根直導(dǎo)線纏繞幾圈，得到一個(gè)螺旋管，產(chǎn)生的磁場(chǎng)就比單根導(dǎo)線磁場(chǎng)強(qiáng)。如果在螺旋管中間放入一個(gè)鐵芯，得到的磁場(chǎng)就會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。

這樣簡(jiǎn)單的裝置能夠產(chǎn)生的磁場(chǎng)是有限的，無(wú)法進(jìn)一步突破，為了獲得更強(qiáng)的磁場(chǎng)，咱們的科學(xué)家設(shè)計(jì)了更復(fù)雜的裝置，比如：水冷磁體裝置，超導(dǎo)磁體裝置，以及內(nèi)水冷磁體，外超導(dǎo)磁體的混合磁體裝置。

• 超導(dǎo)磁體

超導(dǎo)，就是在低溫環(huán)境下，處于超導(dǎo)態(tài)的導(dǎo)體電阻會(huì)消失的一種材料，超導(dǎo)磁體就是帶有磁性的超導(dǎo)體。超導(dǎo)磁體在直流電的條件下運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生能量損耗，可以通過(guò)強(qiáng)度很大的電流產(chǎn)生巨大的磁場(chǎng)。

超導(dǎo)材料有很多，但是我國(guó)選擇的是鈮三錫，混合磁體的外超磁體由7組鈮三錫超導(dǎo)股線，繞成的超導(dǎo)線圈組成。

超導(dǎo)材料有了，可該如何降低超導(dǎo)材料的溫度呢？

液氦就是比較好的選擇，在常溫環(huán)境下，液氦的溫度不高于268.9 ，液氦從導(dǎo)線內(nèi)部流過(guò)時(shí)，就可以降溫，讓超導(dǎo)磁體能夠在零電阻的工作環(huán)境下工作，產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)。

• 水冷磁體

水冷磁體則是由比特片組裝而成，提到比特片很多人會(huì)想到比特幣，其實(shí)它倆沒(méi)有任何關(guān)系，比特片是由大小不一的圓形片狀組成，仔細(xì)看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它身上有許多小孔，事實(shí)上，這些小孔的大小和位置也是經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)。

比特片的制作非常復(fù)雜，除了尺寸和小孔的位置、形狀要求之外，對(duì)光滑度要求也極高，不能有毛刺，去除毛刺后還要拋光，鍍銀，以及組裝時(shí)要求環(huán)境非常潔凈。

水冷磁體裝置會(huì)使用比特片和絕緣片堆疊到一起組成，就好像是螺旋管一樣，只不過(guò)螺旋管用到的是導(dǎo)線，這里用到的是比特片。

在組裝時(shí)，工作人員會(huì)根據(jù)科學(xué)計(jì)算，研究合適的比特片大小，開(kāi)孔位置和形狀等，在安裝時(shí)還要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖，確保每一片都要能裝到位，這樣才能夠讓電流能夠按照既定的方案分布。

之所以叫做水冷磁體，是因?yàn)樵撗b置必須要通入高功率的電流，通電電流可達(dá)到2萬(wàn)安培以上，此次破紀(jì)錄實(shí)驗(yàn)，在維持45.22萬(wàn)高斯穩(wěn)態(tài)時(shí)內(nèi)水冷磁體的電流達(dá)到了39650安培。

在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為了帶走這些熱量，需要用到水流冷卻。當(dāng)然了，用于冷卻的水也不是普通的水，而是去離子水，既能夠防止導(dǎo)電，也能夠防止水垢影響實(shí)驗(yàn)裝置的精密度。

合肥科學(xué)島穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置混合磁體產(chǎn)生的45.22萬(wàn)高斯（相當(dāng)于45.22特斯拉），其中11特斯拉是由外超導(dǎo)磁體貢獻(xiàn)，34.22特斯拉是由內(nèi)水冷磁體貢獻(xiàn)。

此次我們能夠破紀(jì)錄，主要貢獻(xiàn)在于水冷磁體，強(qiáng)光磁預(yù)研項(xiàng)目總工程師陳思躍介紹：

在超導(dǎo)磁體的部分，我們和美國(guó)基本水平相當(dāng)，之所以成為世界第一，是因?yàn)槲覀冊(cè)谒浯朋w技術(shù)上取得了一些突破。

破世界紀(jì)錄的意義是什么？

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)重大突破聽(tīng)起來(lái)似乎有點(diǎn)太過(guò)于高大上，有點(diǎn)兒不太接地氣。我們很多人并不了解這項(xiàng)世界紀(jì)錄的突破意味著什么？

事實(shí)上，咱們的目的雖然是獲得超強(qiáng)磁場(chǎng)，但咱們并不是為了破紀(jì)錄而破紀(jì)錄，而是有著非?，F(xiàn)實(shí)的考量，咱們真正的目的是要在超強(qiáng)磁場(chǎng)下觀察材料的數(shù)據(jù)。

混合磁體的中心位置有一個(gè)做實(shí)驗(yàn)的空間，咱們可以將想要測(cè)試的物質(zhì)放在這里，然后在超強(qiáng)磁場(chǎng)下，該物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的情況將會(huì)傳輸?shù)窖芯咳藛T的計(jì)算機(jī)中，研究人員可以拿到這些數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行研究。

這可能不太好理解，咱們換一個(gè)比較常見(jiàn)的利用強(qiáng)磁場(chǎng)的裝置。

咱們用到的核磁共振其實(shí)就是利用強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)探明人體內(nèi)部發(fā)生了什么，其中磁場(chǎng)越強(qiáng)，我們看到的越清晰。

比如：常規(guī)臨床使用的核磁共振是1.5特斯拉和3.0特斯拉，而今年中科院電工研究所成功研制出9.4特斯拉核磁共振， 相比于常規(guī)臨床使用的核磁共振，它能夠獲得更高分辨率的圖像，成像速度更快，而且還能夠?qū)盒阅[瘤以及阿爾茨海默癥等進(jìn)行早期診斷，相比于原來(lái)的核磁共振裝置，更強(qiáng)的磁場(chǎng)讓我們更清晰的了解人體。

只不過(guò)，人體對(duì)磁場(chǎng)是有承受上限的，所以核磁共振用到的磁場(chǎng)并不強(qiáng)。

但是自然材料是沒(méi)有生命的，咱們就可以在超強(qiáng)磁場(chǎng)下看到它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

破世界紀(jì)錄的意義就在于，咱們可以看到一些別的國(guó)家看不到的現(xiàn)象，針對(duì)看到的現(xiàn)象有助于科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新的自然規(guī)律，或者是找到新的解決方案等。

這對(duì)于我國(guó)科技騰飛至關(guān)重要，畢竟我國(guó)已經(jīng)不是過(guò)去的追趕者，而是將要成為引領(lǐng)未來(lái)的國(guó)家。

其實(shí)，在破世界紀(jì)錄之前，咱們的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置就已經(jīng)為170多家單位提供了實(shí)驗(yàn)條件，和國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀院校都有合作，合作單位可以利用咱們的穩(wěn)態(tài)超強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行相關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，目前已經(jīng)開(kāi)展過(guò)超過(guò)3000項(xiàng)課題的前沿研究，在許多領(lǐng)域都取得了重大成功。

未來(lái)，咱們還會(huì)進(jìn)一步打破穩(wěn)態(tài)超強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置的超強(qiáng)磁場(chǎng)的記錄，這不僅能夠造福于我國(guó)，對(duì)于全人類(lèi)來(lái)說(shuō)都是一件好事。

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