我国全超导磁体创新突破 中心磁场强度达35.6特斯拉创全球纪录

围绕探索物质微观结构与极端条件下新现象的科学需求,强磁场能力长期被视为基础研究的重要“硬支撑”。

在量子材料、超导机理、磁性相变、生物分子结构解析以及聚变等前沿方向,磁场强度、稳定性与可重复性直接决定实验窗口大小与结果可信度。

过去较长一段时间,超高磁场实验多依赖部分国家的装置资源,国内在可持续、可开放的超高场强平台供给上仍面临需求快速增长与能力供给不匹配的问题。

此次实现35.6特斯拉中心磁场的全超导用户磁体,回应的正是“如何在更高磁场、更低运行成本、更强开放共享”之间取得平衡的关键课题。

相较依赖电阻线圈的大功率强磁场系统,全超导方案在连续运行、能耗控制与设备维护等方面具有明显优势;而将高温超导内插磁体作为核心,则是破解更高场强瓶颈的重要路径。

科研团队在2023年已实现30特斯拉并面向国内外用户开放,此后通过对材料体系、结构设计与制造工艺的持续升级,在保持口径35毫米不变的条件下进一步把场强提升至35.6特斯拉,形成从原理验证走向稳定供给的能力跃迁。

从原因看,突破来自多方面的协同推进:一是高温超导材料性能与工程化应用的持续进步,为高场运行提供更高电流承载和更稳定的工作裕度;二是磁体结构与受力体系的优化,有助于在更高磁场下控制电磁力带来的形变与风险;三是制造工艺与装配质量的迭代,提高了系统一致性与可靠性;四是面向用户运行的工程思维更成熟,在长期开放运行中不断积累数据、完善保障体系,使“能做出来”走向“能稳定用、能长期用”。

突破带来的影响是多维度的。

对基础研究而言,35.6特斯拉全超导用户磁体成为当前全球物质科学研究领域唯一能提供30特斯拉以上磁场的全超导用户磁体,将显著拓宽实验可达范围,使一些在较低场强下难以分辨的量子态、相变边界与能级结构得以清晰呈现,有望推动量子材料、强关联体系与新型超导等研究取得更多原创性成果。

对生命科学与交叉学科而言,更高、更稳定的磁场环境有助于精细探测分子尺度行为,促进生物物理、医学成像机理与相关材料研究深化。

对核聚变等战略方向而言,强磁场技术积累将为相关磁约束研究与高端工程能力建设提供支撑,也将带动超导材料、低温工程与精密制造等产业链环节的能力提升。

在对策层面,面向“高端装置建设—开放共享运行—成果转化应用”的完整链条,需要进一步强化统筹布局。

一方面,应完善大科学装置用户管理与开放机制,提升跨机构、跨学科的资源共享效率,形成稳定、可预期的实验供给;另一方面,要健全运行维护与安全管理体系,推动关键部件国产化与供应链韧性建设,降低长期运行成本与不确定性;同时加强数据标准、实验规范与人才培养,促进强磁场平台与上游材料研发、下游应用验证之间形成闭环,提高创新效率与国际合作水平。

在前景判断上,35.6特斯拉的纪录不仅是一项“单点指标”的提升,更意味着我国在高温超导应用与全超导高场磁体工程化方面形成了可复制、可扩展的能力基础。

随着北京怀柔科学城综合极端条件实验装置于2025年2月通过国家验收并进入更高水平运行阶段,强磁场将与极低温、超高压、超快光场等条件协同,为研究人员提供更完整的极端条件实验体系。

未来,围绕更高场强、更大口径、更高稳定性以及更便捷的用户服务体系的升级,将进一步增强我国在强磁场物质科学研究领域的国际竞争力与学术影响力。

从30特斯拉到35.6特斯拉的数字跨越,背后是我国科技工作者十年磨一剑的坚守与创新。

这项世界纪录的诞生,既是对过去科研攻关的肯定,更是面向未来科技竞争的新起点。

在建设科技强国的征程上,这样的突破性成果不断印证:只有把关键核心技术牢牢掌握在自己手中,才能在激烈的国际科技竞争中赢得主动、赢得未来。