大陸脈衝強磁場實驗裝置驗收 繼美、德、法世界第四位

▲中國大陸自行研製的90.6特斯拉脈衝磁體。(圖/環球網)

大陸中心/綜合報導

中國大陸華中科技大學脈衝強磁場實驗裝置23日竣工驗收,這是「十一五」計畫所佈置的首批由高校承建的國家重大科技基礎設施之一,也讓中國成為繼美、德、法之後第四個擁有大型脈衝磁場實驗裝置的國家。

根據《人民日報》報導,。國家脈衝強磁場科學中心2013年8月6日成功實現了90.6「特斯拉」(衡量磁場強度的單位)的峰值磁場,使中國成為繼美國、德國後世界上第三個突破90特斯拉大關的國家;而日前通過竣工驗收的脈衝強磁場實驗裝置,不僅擁有可達到90.6特斯拉磁場強度的系列脈衝磁體,還配備了低溫、高靜壓、光源等其它實驗條件,建有電輸運、磁特性、磁光特性、壓力效應、極低溫、電子自旋共振、核磁共振等多個科學實驗站,可為脈衝強磁場下物理、材料、化學、生命與醫學等領域科學研究提供理想的研究平台。

華中科技大學國家脈衝強磁場科學中心主任李亮介紹,強磁場被列為現代科學實驗最重要的極端條件,大多數科學效應的顯現都與磁場強度有關,磁場強度越高,效應就會越明顯,有些科學效應甚至只有在強磁場環境中才會顯現,擁有脈衝強磁場實驗裝置,「簡單來講,這就相當於提供了一個極端環境下的實驗平台。」「從此以後,我們在強磁場環境下做實驗,再不用找關係到國外實驗室排隊了!」

李亮藉由一厚6公分、直徑600公分的喇叭狀金屬管介紹,「看起來就像氣功一樣,當我們用電源驅動一個脈衝強磁場時,在100毫米的直徑範圍內,可產生500噸的電磁感應力,瞬間改變物件的形態。」「利用脈衝強磁場成形裝置,將一塊金屬圓板塑成這個形狀,只需要一道工序、十幾毫秒、0.001度電。」這種技術被稱為「多時空脈衝強磁場成形製造技術」,是李亮團隊依託該中心自主研發的電源、磁體和控制技術,在全球首先提出並成功研發的,其原理在於,在脈衝強磁場環境中,線圈與金屬材料相互作用,能產生極大的洛侖茲力,將堅硬的金屬材料「百煉鋼化為繞指柔」,在1至2毫秒的時間內塑造成特定的形狀。

脈衝強磁場實驗裝置技術副總監姚凱倫補充,「這種技術不僅高效,且成本大幅降低,過程更為可控,成形面積更大,可成形樣式更複雜,實現金屬零部件的整體單次成形,避免了有縫拼接對零部件性能的破壞,可被廣泛應用於航空、航太、兵器工業、汽車製造、儀錶儀器等諸多領域。」

此外,李亮團隊在永磁裝備充磁方面也取得了革命性突破。永磁材料被廣泛應用於風力發電機、磁共振成像等。中心將專門的充磁夾具或充磁線圈集成在永磁設備上,不僅可以實現先拼裝後整體充磁,再次充磁時也無需拆卸永磁塊,只需接上電源再次放電即可,大幅降低了裝配難度,提高了充磁效果,讓大型永磁設備的充磁就像手機充電一般方便。此外,脈衝強磁場的相關衍生技術還可應用於磁製冷、磁治療等多個領域,成為我國經濟社會發展的重要推動力量。

李亮稱,「我們可以用常規的、廉價的導體實現美國用價格高昂的導體達到的同樣品質的脈衝磁體,成本不到美國和德國同類磁體1/10。」「產生90.6特斯拉磁場強度的磁體、電源、控制系統等全套裝置均為中心自主開發研製」。更有國外專家評價「你們用1.3億人民幣做了1.3億美元的事情。」

線圈作為磁體裝置的「心臟」,其材料和繞制方式是影響磁體整體性能的關鍵,而攻克這一難題的,是中心一位「75後」的教授彭濤。這位由華中科技大學電氣學院培養的博士,在2010年為強磁場中心成功繞制了能實現75特斯拉峰值磁場的單線圈磁體,這是目前世界上採用軟銅繞制的最高場強磁體。

當彭濤謀劃著讓繞制磁體產生的磁場再往上加一點時,中心的王紹良工程師則一心一意地做著溫度的「減法」。從2008年7月到2011年3月,王紹良團隊歷經30多個月的艱苦攻關,自主研發了「用於脈衝強磁場科學研究的吉福特—麥克馬洪製冷機樣品冷卻技術」,只需少量氦氣,即可在5分鐘內將預冷過的實驗樣品降溫至-271.8℃,大幅提高了實驗效率。

此外,中心還研發了一系列國際先進水準的關鍵設備,並掌握相關核心技術,包括自研自製的國內首創集成式脈衝強磁場裝置、探測靈敏度為國際同類型裝置最高的電輸運實驗站、鐳射光源波長範圍為國際同類型裝置最寬的磁光科學實驗站、獨創的平頂波形脈衝磁體…等等,這一系列成績,都深深地打上了「中國創造」的烙印。

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