中国全超导磁体技术实现历史性突破 35.6特斯拉强磁场刷新世界纪录

问题:强磁场是探索物质微观结构和新奇量子现象的重要“实验窗口”。

长期以来,强磁场装置水平不仅关系到基础研究的边界,也影响高端科学仪器与关键部件的自主能力。

全超导用户磁体要在极低温下获得高强度、稳定、均匀的磁场,同时兼顾可用孔径与长期可靠运行,技术门槛高、工程难度大,是国际强磁场领域竞争的焦点之一。

原因:此次实现突破,源于国家重大科技基础设施的持续建设与体系化攻关。

综合极端条件实验装置已通过国家验收,在既有平台基础上进一步优化升级,集中瞄准“高场强、高稳定、高可靠、可开放共享”的用户需求。

研制过程中,中国科学院电工研究所承担超导磁体系统设计制造,重点解决强磁场超导磁体电磁—力学耦合安全裕度、结构预紧与运行稳定等关键难题;中国科学院物理研究所围绕高温超导磁体健康监测、极低温高磁场精准测量以及磁体、低温与用户测量系统的协同集成开展攻关。

多学科交叉协作,使得磁体在保持全超导低能耗优势的同时,进一步抬升了峰值磁场能力并提升可用性。

影响:经专家现场测试,新磁体中心磁场达到35.6特斯拉,可用孔径为35毫米,整体指标实现跃升。

对科研而言,强磁场意味着更高分辨的谱学与更敏感的电磁响应测量,可为研究超导、拓扑材料、强关联电子体系、磁性材料及生物分子结构与功能等提供更强的实验条件支撑。

以常见1.5特斯拉或3特斯拉医用核磁共振作参照,35.6特斯拉的场强显著提升,有助于推动更精细的物性表征与极端条件下新规律探索。

对产业层面,全超导磁体由于运行能耗低、稳定性强,具备向高端科学仪器、先进医疗装备及特种装备领域延展的潜力。

更重要的是,纪录的刷新体现了我国在高场超导磁体工程化与系统集成方面的综合能力提升,为关键装备自主可控和高端制造链条完善提供了示范。

对策:面向持续提升强磁场能力,业内普遍认为应在三方面发力:一是完善从材料到系统的协同创新链条,针对高温超导材料临界电流与力学性能各向异性、屏蔽电流效应和尺寸一致性等问题,推动材料、工艺与标准化体系建设,提升工程适配性;二是强化磁体系统长期运行可靠性与安全管理能力,持续迭代健康监测、故障预警、低温保障和高精度计量体系,确保装置“建得成、跑得稳、用得好”;三是持续扩展开放共享与用户服务能力,以稳定的运行时间、可复现的数据质量和多手段兼容的实验接口,吸引国内外团队在同一平台上开展竞争性前沿研究,形成“装置—用户—成果”的良性循环。

前景:强磁场装置竞争的下一步,不仅是“更高的特斯拉”,还包括更大的孔径、更高的均匀度和更长周期的稳定运行。

团队已提出进一步扩大孔径的计划,以适配更多测量手段和更复杂的实验样品环境。

从国际趋势看,极端条件科学正走向多物理场耦合与跨学科融合,强磁场将与极低温、高压、强光源等条件协同,支撑对新材料、新机理和新方法的系统探索。

随着相关关键技术持续突破,我国大科学装置在全球基础研究版图中的支撑作用有望进一步增强,并带动高端装备制造能力向更高水平迈进。

这一突破充分体现了中国在基础研究领域的创新能力和技术积累。

强磁场超导磁体的成功研制,不仅代表了中国在极端条件实验装置领域的世界领先地位,更为科研人员探索物质微观结构、揭示自然规律提供了强有力的工具支撑。

随着这一技术的不断完善和应用拓展,必将加速推动中国乃至全球在基础研究及高端装备制造领域产生更多重大科学发现与技术革新,为人类认识世界、改造世界做出更大贡献。