水冷磁体WM6产生42.02T强磁场，刷新世界纪录

　　2024年9月22日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心自主研制的水冷磁体WM6，在32.3兆瓦的电源功率下，产生了42.02万高斯（即42.02特斯拉）的稳态磁场，打破了7年前由美国国家强磁场实验室水冷磁体产生的41.4T（特斯拉）的世界纪录，在国际强磁场水冷磁体技术发展史上树起一块新的里程碑。

　　科学前沿必争的三大极端实验条件之一

　　极低温、超高压、强磁场是当代科学前沿必争的三大极端实验条件之一。

　　一般地球磁场强度在0.5高斯，这一强度足以抵御宇宙粒子侵袭地球。人造强磁场的最高纪录是地球天然磁场的80多万倍。这么强的磁场究竟有何用处？

　　合肥物质科学院强磁场科学中心学术主任匡光力研究员介绍，稳态强磁场是物质科学研究需要的一种极端实验条件，是推动重大科学发现的利器。

　　在强磁场实验环境下，物质特性会受到调控，有利于科学家们发现物质新现象、探索物质新规律。“医院里核磁共振设备一般磁场强度在1.5T至3T，而强磁场一般要超过20T，而且越高越好。”匡光力说。

　　稳态强磁场磁体分为三种类型，即水冷磁体、超导磁体，以及由水冷磁体和超导磁体组合的混合磁体。其中，水冷磁体是科学家们最早使用的磁体类型，它磁场调控灵活快捷，且能够产生更高磁场强度，为物质科学研究提供可靠、高效的实验条件。

　　目前，国际上有五大稳态强磁场实验室，分布于美国、法国、荷兰、日本以及中国合肥科学岛。

　　稳态强磁场3项世界纪录都掌握在中国科学家手中

　　作为国家重大科技基础设施，稳态强磁场实验装置（SHMFF）自“十一五”立项以来，前后研制了10台。其中，SHMFF 5台水冷磁体曾创下4项世界纪录，3项保持至今。这次新世界纪录的创造者是水冷磁体WM6：在32.3兆瓦的电源功率下，磁场强度达到42.02T。

　　匡光力将稳态强磁场技术的发展形象地比作乒乓球赛场上的竞技：“水冷磁体、超导磁体都是‘单打高手’，混合磁体是‘混双组合’，2022年我们曾以综合优势问鼎‘混双冠军’，今天我们在这一领域又拿下一项‘单打冠军’。”

　　其实，2015年我国曾拿下这项单打“世界冠军”，但美国在2017年又夺了过去，并保持了7年。“这次我们又将这个‘世界冠军’夺了回来。”匡光力说，强磁场实验装置能力关乎国家科学前沿探索能力，也蕴含着大量科学机遇。1913年以来，全球科学家在稳态强磁场条件下的科学研究中取得了许多重大科研成果，先后有十多项获得诺贝尔奖。如今，稳态强磁场的3项世界纪录都掌握在中国科学家手中，实现了“大满贯”。

　　“为此，我们经过了近4年的不懈努力。”匡光力介绍，在中国科学院和安徽省联合科研攻关项目的支持下，强磁场技术研究团队创新了磁体结构、优化了制造工艺，此次刷新世界纪录标志着我国乃至世界强磁场水冷磁体技术发展的新高峰。

　　自主研制加工装配，一次性调试成功

　　“在科学前沿，每一次极限突破，每一点指标提升，都需要耗费极大代价。”匡光力认为，这次重新“夺冠”，虽然从数值上只比美国高出了0.62T，但其技术突破的意义却相当重大。“这就好像人类百米短跑的世界纪录，提升0.01秒也十分困难。”

　　为此，合肥物质院强磁场装置团队自2020年起，从电源、冷却系统等支撑系统入手，不断改进提升。当支撑系统有了巨大提升后，再将主攻目标转向水冷磁体。bitter片是水冷磁体的关键部件，每台磁体由1000多片bitter片叠连而成。团队对其通水孔进行了优化，使它得以承载更大电流。

　　然而，更大的电流意味着产生更多的热量。在强磁场水冷磁体装置中，1秒钟产生的热量足以熔化35公斤铁块。为此，团队又改良了水冷系统。

　　“值得自豪的是，装置所有部件都是在合肥科学岛自主研制、加工、装配的。”匡光力表示，实现42.02T的目标之后，装置的支撑系统还有相当余力，这为冲击下一个目标留下了足够的支撑空间。

　　本月初，科研团队对水冷磁体WM6进行调试，取得了一次性成功。“我们验证了装置的调控能力，即能否根据科学家的需求迅速灵敏地调整磁场强度。”匡光力说，装置表现出了优良性能。

　　为下一代“55T装置”奠定关键技术基础

　　近年来，匡光力不断收到国外同行发来的邮件，询问中国在稳态强磁场方面的最新进展。他相信国际同行将进一步发展技术，研制出更强大的装置，“科学的魅力就是在竞争中不断得到发展”。

　　在匡光力看来，磁体建成之后，关键在应用。截至去年底，稳态强磁场实验装置已运行超过60万个机时，为国内外197家单位的3500余项课题提供了实验条件，并支持用户取得多项重大成果，包括“首次发现外尔轨道导致的三维量子霍尔效应”“揭示日光照射改善学习记忆的分子及神经环路机制”等。

　　2024年9月22日的专家论证会上，中国科学院院士谢毅兴奋地说：“用户都等着这台新磁体投入运行，科学家又将获得更多新发现。”他表示，水冷磁体WM6的研制成功不仅可更好满足科研用户对快捷调控的稳态强磁场的实际需求，为科学家们探索新现象、揭示新规律提供强大的实验条件，还将为我国建设更高场强的稳态磁体奠定一项关键技术基础。

　　“未来，我们还要研制55T的混合磁体。”匡光力说，这是一个有待开拓的巨大科研新空间。此次水冷磁体的新突破，将为实现55T目标扫清相当部分关键技术障碍，为下一代装置打下基础，“我们心里有底了”。

荐稿人：ffy 2024-09-23　执行编辑：ych 2024-09-23　责任编辑：lxl 2024-09-25