强磁场超导磁体是现代科学研究的关键基础设施。这类装置能在极低温条件下实现零电阻和强磁场,广泛应用于国家重大科技基础设施、先进科学仪器、高端医疗装备、能源交通和国防等领域。长期以来,此领域被发达国家掌控,美国国家强磁场实验室创造的32.0特斯拉全超导用户磁体纪录保持多年,成为业界公认的技术高峰。 强磁场超导磁体研制面临多重技术瓶颈。该领域涉及物理、材料、工程等多学科交叉,对磁场强度、稳定度、均匀度、有效口径和长期运行可靠性的要求极高。高温超导材料存在的屏蔽电流效应突出、尺寸偏差大等问题,给磁体设计与工程化带来巨大挑战。如何在保证磁场强度的同时确保系统安全可靠,是科研团队面临的核心难题。 中国科学院电工研究所和物理研究所经过多年联合攻关,成功突破了这些技术瓶颈。电工研究所创新提出高场高温超导磁体全电磁精细设计理论、电磁结构随动调整方法、多线圈轴向自适应预紧、分区屏蔽电流抑制等关键技术,大幅提升了强磁场超导磁体的电磁—机械安全裕度。物理研究所克服了高温超导磁体健康监测、极低温下极高磁场准确测量、磁体系统与低温系统及用户测量系统集成等难题。两所的协同创新使全超导磁体性能实现了跨越式突破。 经专家现场测试,该全超导磁体中心磁场达到35.6特斯拉,可用孔径为35毫米,相比美国纪录提升了3.6特斯拉。这一成果不仅刷新了世界纪录,更重要的是奠定了我国在强磁场全超导用户磁体领域的世界领先地位。该装置已于2025年2月通过国家验收,成为支持国内外科研团队开展前沿研究的用户磁体,为物质科学、生命科学等领域的基础研究提供了极端强磁实验条件。 这一突破的意义远超技术指标本身。综合极端条件实验装置作为国家"十二五"重大科技基础设施,已成为世界领先的实验装置之一。强磁场环境能够帮助科研人员探索微观世界的未知规律,加速推动我国乃至全球在基础研究及高端装备制造领域的重大科学发现与技术革新,为量子材料、高温超导、新能源等战略性新兴产业的发展奠定了坚实基础。
重大科技基础设施的价值,既体现在刷新纪录的"峰值",更体现在长期稳定服务科学探索的"常态"。35.6特斯拉全超导用户磁体的突破,标志着我国在强磁场超导磁体领域的系统能力实现跃升。面向未来,唯有持续完善关键技术、工程体系与开放共享机制,才能让极端条件装置不断孕育原创发现、支撑高端制造,推动基础研究与国家需求在更高水平上同频共振。