大陆脉冲强磁场实验装置验收 继美、德、法世界第四位

中国大陆自行研制的90.6特斯拉脉冲磁体。(图/环球网

大陆中心/综合报导

中国大陆华中科技大学脉冲磁场实验装置23日竣工验收,这是「十一五」计划所布置的首批由高校承建的国家重大科技基础设施之一,也让中国成为继美、德、法之后第四个拥有大型脉冲磁场实验装置的国家。

根据《人民日报》报导,。国家脉冲强磁场科学中心2013年8月6日成功实现了90.6「特斯拉」(衡量场强度的单位)的峰值磁场,使中国成为继美国德国世界上第三个突破90特斯拉大关的国家;而日前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

华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心主任李亮介绍,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,拥有脉冲强磁场实验装置,「简单来讲,这就相当于提供了一个极端环境下的实验平台。」「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!」

李亮借由一厚6公分直径600公分的喇叭金属管介绍,「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,瞬间改变物件的形态。」「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。

脉冲强磁场实验装置技术副总监姚凯伦补充,「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、航太兵器工业、汽车制造、仪表仪器等诸多领域。」

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。

李亮称,「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品质的脉冲磁体,成本不到美国和德国同类磁体1/10。」「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」。更有国外专家评价「你们用1.3亿人民币做了1.3亿美元的事情。」

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准关键设备,并掌握相关核心技术,包括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、镭射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…等等,这一系列成绩,都深深地打上了「中国创造」的烙印