中国大型脉冲强磁场实验装置验收
发布时间：2014/10/27 11:24:35 作者：佚名 点击：
国家脉冲强磁场科学中心(筹)自行研制的90.6 特斯拉脉冲磁体。
10月23日，我国“十一五”期间部署建设的国家重大科技基础设施项目——脉冲强磁场实验装置，在湖北武汉通过国家验收，标志着我国成为继美、德、法之后第四个拥有国际顶级水平大型脉冲磁场实验装置的国家。
据介绍，强磁场与极低温、超高压等，被列为现代科学实验最重要的极端条件之一。脉冲强磁场技术是产生强磁场的重要技术，建设脉冲强磁场实验装置可为凝聚态物理、材料、磁学、化学、生命与医学等领域科学研究提供理想的研究平台。
另据人民日报报道，23日，我国“十一五”期间部署建设首批由高校承建的国家重大科技基础设施之一——华中科技大学脉冲强磁场实验装置通过国家竣工验收，标志着我国拥有了国际顶级水平的脉冲磁场实验装置，成为继美、德、法之后第四个拥有大型脉冲磁场实验装置的国家。
基础科研必需品
提供现代科学实验极端条件的理想平台
“从此以后，我们在强磁场环境下做实验，再不用找关系到国外实验室排队了！”验收现场，验收委员会专家、长期从事磁学和磁性材料研究的中国科学院院士都有为难掩激动……
“简单来讲，这就相当于提供了一个极端环境下的实验平台。” 华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心(筹)主任李亮介绍说，强磁场被列为现代科学实验最重要的极端条件。大多数科学效应的显现都与磁场强度有关：磁场强度越高，效应就会越明显，有些科学效应甚至只有在强磁场环境中才会显现。
该项目技术总监、中国工程院院士潘垣介绍说，脉冲强磁场技术不仅能满足前沿基础研究的需要，且在航空航天、新能源等行业有着广泛的应用。据介绍，近30年来，与强磁场相关的诺贝尔奖项达到10个，涵盖物理、材料、化学、生物和医学多个领域。
“特斯拉”是国际上用以衡量磁场强度的单位。2013年8月6日晚19点20分，国家脉冲强磁场科学中心成功实现了90.6特斯拉的峰值磁场，再一次刷新我国脉冲磁场的最高强度纪录，使我国成为继美国、德国后世界上第三个突破90特斯拉大关的国家。
目前已通过竣工验收的脉冲强磁场实验装置，不仅拥有可达到90.6特斯拉磁场强度的系列脉冲磁体，还配备了低温、高静压、光源等其它实验条件，建有电输运、磁特性、磁光特性、压力效应、极低温、电子自旋共振、核磁共振等多个科学实验站，可为脉冲强磁场下物理、材料、化学、生命与医学等领域科学研究提供理想的研究平台。
“现在，我们可以毫不客气地说，在脉冲强磁场的技术领域，我们做到了世界顶尖！” 作为脉冲强磁场实验装置的“发起人”，潘垣表示。
工业应用新探索
瞬间“百炼钢化绕指柔”，永磁装备充磁如充电
“看起来就像气功一样，当我们用电源驱动一个脉冲强磁场时，在100毫米的直径范围内，可产生500吨的电磁感应力，瞬间改变对象的形态。”李亮指着一件厚6毫米、直径600毫米的喇叭状金属管说，“利用脉冲强磁场成形装置，将一块金属圆板塑成这个形状，只需要一道工序、十几毫秒、0.001度电。”
这种技术被称为“多时空脉冲强磁场成形制造技术”，是李亮团队依托该中心自主研发的电源、磁体和控制技术，在全球首先提出并成功研发的。其原理在于，在脉冲强磁场环境中，线圈与金属材料相互作用，能产生极大的洛仑兹力，将坚硬的金属材料“百炼钢化为绕指柔”，在1至2毫秒的时间内塑造成特定的形状。
“这种技术不仅高效，且成本大幅降低，过程更为可控，成形面积更大，可成形样式更复杂，实现金属零部件的整体单次成形，避免了有缝拼接对零部件性能的破坏，可被广泛应用于航空、航天、兵器工业、汽车制造、仪表仪器等诸多领域。”脉冲强磁场实验装置技术副总监姚凯伦说。
此外，李亮团队在永磁装备充磁方面也取得了革命性突破。永磁材料被广泛应用于风力发电机、磁共振成像等。中心将专门的充磁夹具或充磁线圈集成在永磁设备上，不仅可以实现先拼装后整体充磁，再次充磁时也无需拆卸永磁块，只需接上电源再次放电即可，大幅降低了装配难度，提高了充磁效果，让大型永磁设备的充磁就像手机充电一般方便。此外，脉冲强磁场的相关衍生技术还可应用于磁制冷、磁治疗等多个领域，成为我国经济社会发展的重要推动力量。
自主创新新常态
研发系列国际先进水平关键设备，掌握核心技术
“我们可以用常规的、廉价的导体实现美国用价格高昂的导体达到的同样质量的脉冲磁体，成本不到美国和德国同类磁体1/10。”李亮不无骄傲地说：“产生90.6特斯拉磁场强度的磁体、电源、控制系统等全套装置均为中心自主开发研制”。有国外专家如此评价：“你们用1.3亿人民币做了1.3亿美元的事情。”
在中心，创新成了常态。
线圈作为磁体装置的“心脏”，其材料和绕制方式是影响磁体整体性能的关键，而攻克这一难题的，是中心一位“75后”的教授——彭涛。这位由华中科技大学电气学院培养的博士，在2010年为强磁场中心成功绕制了能实现75特斯拉峰值磁场的单线圈磁体，这是目前世界上采用软铜绕制的最高场强磁体。
当彭涛谋划着让绕制磁体产生的磁场再往上加一点时，中心的王绍良工程师则一心一意地做着温度的“减法”。从2008年7月到2011年3月，王绍良团队历经30多个月的艰苦攻关，自主研发了“用于脉冲强磁场科学研究的吉福特—麦克马洪制冷机样品冷却技术”，只需少量氦气，即可在5分钟内将预冷过的实验样品降温至-271.8℃，大幅提高了实验效率。
此外，中心还研发了一系列国际先进水平的关键设备，并掌握相关核心技术：自研自制的国内首创集成式脉冲强磁场装置、探测灵敏度为国际同类型装置最高的电输运实验站、激光光源波长范围为国际同类型装置最宽的磁光科学实验站、独创的平顶波形脉冲磁体……
这一系列成绩，都深深地打上“中国创造”的烙印。(顾兆农 程远州)
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