文／本刊記者 吳長(zhǎng)鋒 張愛華

8月12日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研制的國(guó)家穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，再攀高峰：混合磁體（磁體口徑32毫米）產(chǎn)生了45.22萬高斯（即45.22特斯拉）的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)，刷新同類型磁體世界紀(jì)錄，成為目前全球范圍內(nèi)可支持科學(xué)研究的最高穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)。

在實(shí)驗(yàn)過程中，磁場(chǎng)能使物質(zhì)的特性發(fā)生改變，磁場(chǎng)越強(qiáng)改變的力度越大。在越強(qiáng)的磁場(chǎng)條件下，實(shí)驗(yàn)研究可探索的范圍也越大，科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)的機(jī)遇就越多。世界科技強(qiáng)國(guó)一直重視強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)，目前國(guó)際上五大穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室分布在美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、日本、中國(guó)。此次混合磁體產(chǎn)生45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)打破世界紀(jì)錄，原世界紀(jì)錄是1999年由美國(guó)國(guó)家強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造，其混合磁體產(chǎn)生45萬高斯，至今已保持紀(jì)錄23年之久。

中科院院士、中科院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研究員葉朝輝表示，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)達(dá)到45特斯拉以后，在此基礎(chǔ)上每提升一點(diǎn)點(diǎn)，都需要大量工作，不僅包括材料、技術(shù)、工藝、能源保障等方面的改進(jìn)，更需要研究和設(shè)計(jì)思路上的創(chuàng)新。中科院合肥研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心學(xué)術(shù)主任、強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)室主任、強(qiáng)光磁預(yù)研項(xiàng)目負(fù)責(zé)人匡光力介紹說，磁場(chǎng)其實(shí)與電場(chǎng)類似，是一種人眼雖不能直接看見，但卻真實(shí)存在的特殊物質(zhì)。地球本身就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，其強(qiáng)度較弱，大約只有0.5高斯，但也足夠讓指南針轉(zhuǎn)動(dòng)。而穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)則比地球磁場(chǎng)高許多，這次產(chǎn)生的45.22萬高斯，相當(dāng)于地球磁場(chǎng)的90多萬倍。

雖然能夠產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，但是這個(gè)裝置本身非常安全，穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)傳播的范圍很小，在10米左右的距離就能衰減到安全值。這套裝置在運(yùn)行時(shí)，人也不必在附近，所有的數(shù)據(jù)采集都能顯示在控制室的大屏幕上。

國(guó)家穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置是“十一五”期間國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（又稱“大科學(xué)裝置”），包括10臺(tái)磁體、5臺(tái)水冷磁體、4臺(tái)超導(dǎo)磁體和1臺(tái)混合磁體。其中，混合磁體是國(guó)際上技術(shù)難度最高的磁體，也是能夠產(chǎn)生最高穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的磁體，從結(jié)構(gòu)上看，它由外“超導(dǎo)磁體”和內(nèi)“水冷磁體”組合而成。

這套混合磁體裝置，完全是由中國(guó)科學(xué)家自己設(shè)計(jì)研制，其中超導(dǎo)技術(shù)更是從零基礎(chǔ)開始，在大量的設(shè)計(jì)預(yù)研工作基礎(chǔ)上，在材料選擇、加工工藝等多個(gè)方面攻克了一系列難題，最終成功制造出了這樣一個(gè)大型的創(chuàng)紀(jì)錄的混合磁體。

近年來，強(qiáng)磁場(chǎng)作為一種極端條件在很多研究領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用愈發(fā)顯現(xiàn)：一方面，強(qiáng)磁場(chǎng)可以誘導(dǎo)新物態(tài)，有效調(diào)控材料中的電荷、自旋、軌道等，使之出現(xiàn)全新的量子態(tài)，從而呈現(xiàn)出豐富的新現(xiàn)象；另一方面，強(qiáng)磁場(chǎng)可以催生新的重大應(yīng)用技術(shù)，特別是目前在化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)解析和非侵入性成像——核磁共振技術(shù)。由于強(qiáng)磁場(chǎng)在物理、化學(xué)、材料、生命健康以及工程技術(shù)等方面的綜合應(yīng)用，強(qiáng)磁場(chǎng)極端條件在國(guó)際上被稱為21世紀(jì)科學(xué)、工程和技術(shù)的交叉聯(lián)合體，也有人稱它為諾貝爾獎(jiǎng)的“搖籃”。

國(guó)家穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置自投運(yùn)以來，已經(jīng)運(yùn)行超過50萬個(gè)機(jī)時(shí)，為國(guó)內(nèi)外170多家單位提供了實(shí)驗(yàn)條件，在物理、化學(xué)、材料、生命健康、工程技術(shù)等領(lǐng)域開展了超過3000項(xiàng)課題的前沿研究，取得了一系列重大科技成果，如首次發(fā)現(xiàn)外爾軌道導(dǎo)致的三維量子霍爾效應(yīng)、揭示日光照射改善學(xué)習(xí)記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。與此同時(shí)，研發(fā)裝置衍生的成果和依托裝置研究產(chǎn)生的多項(xiàng)成果，如組合掃描探針顯微技術(shù)、國(guó)家Ⅰ類抗癌創(chuàng)新靶向藥物等，已成功轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。

此次穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)大科學(xué)裝置刷新世界紀(jì)錄，也為合肥研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心規(guī)劃建設(shè)的另一個(gè)大科學(xué)裝置——“強(qiáng)光磁集成實(shí)驗(yàn)設(shè)施”奠定了重要基礎(chǔ)?！皬?qiáng)光磁集成實(shí)驗(yàn)設(shè)施”的主要科學(xué)目標(biāo)是解決新型電子材料研發(fā)、高溫超導(dǎo)機(jī)理研究與應(yīng)用、生命過程本質(zhì)探索、新藥創(chuàng)制，以及特種功能材料制備等國(guó)家重大需求中的瓶頸問題。