【創新團隊】

(資料圖)

◎本報記者 吳長鋒

近日，由科技日報社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評選出的2022年國內十大科技新聞揭曉，“穩態強磁場實驗裝置刷新世界紀錄”入選國內十大科技新聞。

創造這一紀錄的，是中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心團隊（以下簡稱團隊）。2022年8月12日，由該團隊研制的國家穩態強磁場實驗裝置再攀“科技高峰”：其混合磁體產生了45.22萬高斯（即45.22特斯拉）的穩態磁場，刷新了同類型磁體的世界紀錄，成為目前全球范圍內可支持科學研究的最強穩態磁場。

從零起步自主研制科學裝置

45.22萬高斯，該怎么理解這個對普通人來說有點陌生的數字？

打個比方，地球本身就是一個磁體，它表面的磁場約等于0.5高斯——這0.5高斯的磁場就可以讓指南針的指針準確地指向南方。換句話說，45.22萬高斯的穩態磁場相當于地球磁場強度的90多萬倍。

穩態磁場原世界紀錄保持者是美國。1999年，美國國家強磁場實驗室中的混合磁體產生了45萬高斯的穩態磁場，創造了當時的世界紀錄，該紀錄保持了23年。

穩態強磁場是物質科學研究需要的一種極端實驗條件，是推進重大科學研究的“利器”，世界科技強國一直都非常重視強磁場實驗室的建設。不過，在過去很長的一段時間里，我國穩態強磁場領域幾乎一片空白，這成為制約科技進步的短板。

2008年，經國家發改委立項批準，位于合肥科學島的穩態強磁場實驗裝置開工建設、2017年該裝置通過國家驗收，成為黨的十八大以來建成的國家大科學裝置之一。

“2016年，我們就自主研制出中心場強40萬高斯的混合磁體裝置。這次能打破世界紀錄，是我們多年來矢志不移堅持自主創新的結果。”團隊核心成員之一、中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心學術主任匡光力說。

全力以赴提升混合磁體性能

雖然起步時間晚，但是團隊僅用8年，就研制出了繼美國之后世界第二個40特斯拉級的混合磁體，一舉躋身世界第二。

“‘老二’本來也很好了，但是我心中一直希望，有一天團隊可以站在最高領獎臺上。”團隊核心成員之一、中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員陳思躍說。

從2016年底開始，團隊開始向下一個目標進發。

“產生盡可能強的磁場，是團隊的首要任務。此后近6年的時間里，我們共經歷過3次重大的失敗，小的挫敗更是不計其數。”匡光力回憶道。

團隊成員對記者說，磁場越強，對科學研究的好處越大。在實驗過程中，磁場能使物質的特性發生改變，磁場越強，改變的力度越大。同時，在越強的磁場條件下，實驗研究可探索的范圍越大，科學家獲得新發現的可能就越大。

2017年底，團隊將磁場強度由40萬高斯提高到了42.9萬高斯。兩年后的2019年，這個數字提高到了43.9萬高斯，距離世界紀錄看似僅一步之遙。在此期間，團隊兩次挑戰美國創造的世界紀錄，但遺憾的是，均以失敗告終。

2021年4月，最讓人揪心的事情發生了，在混合磁體強度達到40萬高斯后，相關數據便停滯不前，第三次沖擊世界紀錄就這樣以令人失望的結果收場。

“尤其是在第三次失敗后，對大家打擊很大。”團隊核心成員之一、中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心副研究員房震說，混合磁體由水冷磁體和外超導磁體組合而成，而混合磁體性能提升的關鍵在于水冷磁體。

為了提升混合磁體的性能，團隊成立了“混合磁體關鍵技術攻關小組”（以下簡稱攻關小組），由匡光力任組長。除此之外，一支由團隊多名青年骨干組成的“高場磁體技術青年創新突擊隊”（以下簡稱青年創新突擊隊）也同時成立，房震擔任隊長，而隊員的平均年齡只有35歲。

在詳細分析了以往沖擊世界紀錄失敗的原因后，針對混合磁體性能提升，大家得出了統一結論：必須對水冷磁體中高場線圈技術進行根本性的革新，才能保證混合磁體邁過45萬高斯的大關。通過多輪集體研討，團隊提出了一套創新性的技術方案。

房震告訴記者，那段時間，攻關小組和青年創新突擊隊為了某一項技術創新工作，熬到半夜是家常便飯。在改造高場磁體線圈的同時，他們還要保障與磁體運行相關的電源、水冷、低溫和中控等支撐系統正常運轉。他們不斷優化流程，不放過任何一個小問題。

歷經多次失敗終迎來曙光

時間轉眼就到了2022年夏。當年7月15日下午，團隊進行了一場具有決定性意義的實驗。

“外面驕陽似火，中控大廳里的熱度更高。”房震回憶道，當天團隊所有人都緊盯著屏幕上密密麻麻的數據：1萬安培、2萬安培……所有參數正常穩定。電流每增加1萬安培，穩態磁場都會上一個臺階，這時候一般也會停頓十幾秒。

“停頓是為了看磁場狀態穩不穩，說實話每當停頓時，都挺煎熬的。”在場的團隊核心成員之一、中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心磁體部主任陳文革回憶道，直到電流上到3萬安培，他的心情才稍微平穩了一點。

最終，中控大廳的屏幕上出現了“混合磁體總場強：45.2特斯拉”的字樣，全場沸騰。這個情景讓在場的團隊成員每每提起，都心潮澎湃。

“突破的關鍵還是我們對水冷磁體結構進行了比較深層次的改進，進而很好地平衡了電磁力。”陳思躍表示，這次成功沖擊世界紀錄，得益于團隊的10多項技術創新。

“大科學裝置具有鮮明的科學和工程雙重屬性，我們現在的混合磁體可以為很多學科領域的課題研究提供更好的實驗條件。”匡光力告訴記者，穩態強磁場實驗裝置自投入運行以來，為國內外170多家單位提供了實驗條件。

面向未來，匡光力表示，團隊已經有了新的奮斗目標——研制以55特斯拉混合磁體、36特斯拉超導磁體為代表的、著力解決國家重大需求的強光磁集成實驗裝置，繼續攀登新的科學高峰。

來源：科技日報

作者：吳長鋒

責任編輯：馮崢

標簽： 世界紀錄 中國科學院 科學研究院