强磁场是探索微观物质世界的重要“放大镜”。
在凝聚态物理、新材料、超导机理、量子调控等研究中,磁场强度与稳定性直接决定可观测的物理现象范围与实验精度。
长期以来,能够面向全球用户提供30特斯拉以上稳态强磁场的实验条件稀缺,成为制约部分前沿方向突破的关键瓶颈之一。
此次我国将全超导用户磁体场强提升至35.6特斯拉,在保持孔径不变的前提下实现跨越式增强,意味着我国在稳态强磁场可持续供给能力上取得新的领先优势。
从原因看,突破来自材料体系、结构设计与制造工艺的系统协同。
与依赖大量电能和复杂水冷系统的电阻磁体不同,全超导磁体以超导材料承载电流,能耗显著降低,且可实现更优的磁场稳定度,适合长时间、精密测量需求。
然而要在“全超导”路线下迈向更高场强,必须跨越超导材料临界电流密度、线材均匀性、应力管理、热稳定与淬火保护等一系列工程难题。
此次磁体以高温超导内插磁体为核心,通过持续迭代优化,在孔径35毫米这一关键用户指标不变的条件下,将场强从此前已实现并开放运行的30特斯拉提升至35.6特斯拉,体现出我国在高温超导应用工程化、强磁体系统集成和安全保护策略等方面的综合能力提升。
从影响看,该成果首先将显著扩展科学研究的“可达参数空间”。
更高稳态磁场有助于揭示强关联电子体系、拓扑材料、非常规超导等领域中的新相与新机制,推动高性能磁性材料、超导材料与低维量子器件研究向更深处迈进。
其次,面向生命科学与化学研究,稳定强磁场可支持高分辨谱学、磁响应调控与结构解析等实验,提升对复杂体系的观测能力。
再次,在核聚变能源等重大方向上,强磁场相关基础研究与关键技术验证具有重要支撑意义,有助于完善磁约束物理、材料辐照与极端工况下性能评估等研究链条。
总体来看,这台磁体不仅是一项单点指标刷新,更是对国家重大科研平台能力边界的整体拓展。
从对策与运行机制看,重大科研装置的价值在于稳定开放与协同集成。
该磁体已部署在北京怀柔科学城国家重大科技基础设施“综合极端条件实验装置”内。
该装置集成极低温、强磁场、超高压等多种极端条件,并已于2025年通过国家验收。
未来应围绕“面向用户、面向任务、面向重大科学问题”持续提升运行水平:一是完善开放共享机制与排队评审体系,提高装置利用效率与用户体验;二是强化磁体长期稳定运行、快速恢复与安全保护能力建设,形成可复制的工程运行规范;三是推动强磁场与低温、压力、原位表征等条件的耦合实验,形成一批可验证、可对标的标志性成果;四是加强跨学科联合攻关,让材料、物理、化学、生命科学与工程团队在同一平台上形成合力,提升原始创新产出。
从前景判断看,稳态强磁场平台的竞争不仅在“更高的特斯拉”,也在“更好的可用性”。
在全球科研竞争加速背景下,能够持续提供高稳定度、低能耗、可重复、可面向国际用户开放的实验条件,将成为吸引重大科学问题集聚和培养拔尖人才的重要支撑。
随着高温超导材料性能进一步提升、磁体工程设计与保护技术持续完善,未来在更大孔径、更高场强、更长时间稳定运行等方面仍有提升空间。
同时,围绕强磁场相关的关键部件、测量系统、低温工程与控制软件等配套能力,也将带动高端装备与基础工业体系的协同升级,为我国科技自立自强提供更坚实的底座。
全超导磁体的成功研制是我国科技自主创新的生动体现。
从零的突破到世界纪录的创造,这一过程凝聚了几代科研工作者的心血和智慧。
面向未来,随着综合极端条件实验装置的全面运行,我国将在物质科学、能源科学等前沿领域取得更多原创性成果,为人类认识自然、改造自然提供新的科学工具。
这也启示我们,坚持自主创新、加大基础研究投入,是实现科技强国梦的必由之路。