42.02万高斯！时隔7年，我国重夺强磁场水冷磁体世界纪录

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产生42.02T强磁场，刷新世界纪录（合肥物质院供图）

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装置水冷磁体WM6，在32.3兆瓦的电源功率下，产生了42.02万高斯（即42.02T（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的世界纪录，在国际强磁场水冷磁体技术发展史上树起了一块新的里程碑。

强磁场：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，这一强度足以使指南针偏转、抵御宇宙粒子侵袭地球。而人造强磁场的最新纪录足足是地球天然磁场的80多万倍。这么强的磁场，究竟有何用处？

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—3T，而强磁场一般要超过20T，越高越好。"

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，而且拥有能够产生更高磁场强度的优势，为物质科学研究提供了可靠和高效的实验条件。

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。

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有了新的突破，拿下了一项‘单打冠军’。"

助力中国磁体技术实现"大满贯"

走进中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心大楼，一楼大厅中摆放着该院自国家"十一五"立项的国家重大科技基础设施"稳态强磁场实验装置"以来，所设计的10台稳态强磁场实验装置（SHMFF）的模型。其中，SHMFF5台水冷磁体曾4创世界纪录，其中3个保持至今。

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。

项目论证会现场

"其实，早在2015年，我们就拿下了稳态磁场水冷磁体的世界冠军。但美国在2017年又夺了过去，并保持了7年。这次，我们再次将这个‘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。自1913年以来，全球科学家在稳态强磁场条件下的科学研究取得了许多重大科研成果，先后有十多项科研成果获得诺贝尔奖。 "现在，稳态强磁场的三项世界纪录都回到了中国科学家手中，我们这次成果助力中国稳态强磁场磁体技术发展实现"大满冠" 。"

"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，"这次成果标志着我国乃至世界强磁场水冷磁体技术发展的新高峰"。

克服技术"拦路虎"，实现跨越发展

"在科学前沿，每一点极限的突破，每一点指标的提升，都需要花费极大的代价。"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从4年前起，在电源、冷却系统等支撑系统的技术改进提升上，花了大量精力。例如，团队将水冷磁体WM6 的供电能力进行了提升，而且纹波更小、更稳定。

当支撑系统有了巨大提升后，团队再次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。合肥物质院团队对其通水孔进行了优化改进，使得其性能更加优良，可以承载更大电流。

用于水冷磁体WM6的bitter片

更大的电流就意味着产生更大的热。在强磁场水冷磁体装置中，1秒所产生的热量足以熔化35公斤铁块。为此，团队改良了水冷系统。

"值得自豪的是，装置所有部件都是在科学岛自主研制、加工、装配的。"匡光力非常有信心地表示，在实现了42.02T的目标之后，装置支撑系统还有很大余力，这为装置冲击下一个目标，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，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，装置表现出了优良的性能。

下一代"55T"目标"心里有底了"

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。他也相信国际同行进一步发展技术，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2023年底，稳态强磁场实验装置已经运行超过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，并支持用户取得了"首次发现了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"等重大科研成果。

在今天上午的专家论证会上，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，科学家又可以获得更多新的发现。"

他表示，水冷磁体WM6的研制成功不仅更好地满足了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、揭示新规律提供了强大的实验条件，更为我国建设更高场强的稳态磁体奠定了一项关键技术基础。

"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。而这次水冷磁体的新突破，将为实现55T的目标扫清了相当部分的关键技术障碍，为下一代装置打下基础，"我们心里就有底了"。

　　作者：许琦敏

文：许琦敏 图：除注明外，均许琦敏/摄 编辑：许琦敏 责任编辑：任荃

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