強磁場與極低溫、超高壓一樣，被列為現(xiàn)代科學(xué)實驗最重要的極端條件之一，為物理、化學(xué)、材料和生物等學(xué)科研究提供了新途徑，對于發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識新現(xiàn)象、揭示新規(guī)律具有重要作用。強磁場下的核磁共振，又是生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)研究的必要工具。例如，在農(nóng)業(yè)、人類健康密切相關(guān)的生物大分子研究中，相當(dāng)多的樣品只能是液態(tài)的，只有在強磁場條件下才能研究。強磁場可分為穩(wěn)態(tài)強磁場和脈沖強磁場兩大類，其對應(yīng)的發(fā)生裝置又分為穩(wěn)態(tài)強磁場裝置和脈沖強磁場裝置。2016年11月，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院造出磁場強度世界第二高的穩(wěn)態(tài)磁體裝置，可研究量子行為。
簡介
磁現(xiàn)象是物質(zhì)的基本現(xiàn)象之一。科學(xué)研究早已證實，當(dāng)物質(zhì)處在磁場中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變，磁場因而一直是研究物理等諸多學(xué)科的一種非常有用的工具。物質(zhì)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)在強磁場環(huán)境下都可能發(fā)生變化，呈現(xiàn)出多樣的物理、化學(xué)現(xiàn)象和效應(yīng)。
數(shù)十年來，世界各國學(xué)者在此領(lǐng)域的科學(xué)研究一直非常活躍，取得了大批原創(chuàng)性重大成果，并推動了相關(guān)新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。自1913年以來，19項與強磁場有關(guān)的成果獲得了諾貝爾獎，僅近20年就有8項，如量子霍爾效應(yīng)、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、磁共振成像等。發(fā)達(dá)國家競相將其作為重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點。我國要在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、功能材料和器件研究方面趕上世界先進(jìn)水平，迫切需要盡快建立世界水平的強磁場裝置。
2007年1月25日，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會正式批復(fù)由中科院和教育部聯(lián)合申報的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施――強磁場實驗裝置建設(shè)項目，同意將此項目列入國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目計劃。強磁場實驗裝置建設(shè)項目建設(shè)周期為5年。目標(biāo)是建成具有國際先進(jìn)水平、可為眾多學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)研究提供強磁場極端實驗環(huán)境和實驗手段的大型綜合科學(xué)實驗裝置，屆時，我國將與美、法、荷、日并列成為世界五大穩(wěn)態(tài)強磁場科學(xué)中心之一，對于提升我國相關(guān)前沿學(xué)科的基礎(chǔ)研究水平、帶動相關(guān)新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
裝置介紹
強磁場實驗裝置建設(shè)項目分為穩(wěn)態(tài)強磁場和脈沖強磁場兩個部分建設(shè)：
穩(wěn)態(tài)強磁場部分——將建設(shè)20～40特斯拉穩(wěn)態(tài)混合磁體、高功率水冷磁體和超導(dǎo)磁體等9臺穩(wěn)態(tài)磁體，及相關(guān)配套設(shè)施。建設(shè)地點為安徽省合肥科學(xué)島，由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)共同承建。
脈沖強磁場部分——將建設(shè)50～80特斯拉短脈沖磁體、長脈沖磁體和長短合成脈沖磁體等11臺脈沖磁體及相關(guān)配套設(shè)施，建設(shè)地點為湖北省武漢市華中科技大學(xué)，由華中科技大學(xué)承建，北京大學(xué)、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和東北大學(xué)協(xié)作建設(shè)。
穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置的研制涉及四項關(guān)鍵技術(shù)，即：
高功率強磁場水冷磁體的設(shè)計與研制；
高穩(wěn)定度直流大功率電源的設(shè)計與研制；
大口徑超導(dǎo)磁體的設(shè)計與研制；
針對特定科學(xué)目標(biāo)的用戶實驗系統(tǒng)。
中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所在前三項關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)具備堅實的技術(shù)基礎(chǔ)和條件，聯(lián)合我國其他科研單位和企業(yè)的技術(shù)力量，完全有能力研制穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置；中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在特定科學(xué)研究的用戶實驗系統(tǒng)設(shè)計與研制方面具備了豐富的實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新能力。
等離子體物理研究所的強磁場實驗室成立于1980年，陸續(xù)研制成功國內(nèi)首臺3 MW/13 T Bitter水冷磁體、266 毫米室溫孔徑8 T絕熱超導(dǎo)磁體，1992年研制成功20T混合磁體裝置，并完成實驗系統(tǒng)的建設(shè)，使我國身于世界上擁有20 T以上磁場強度的實驗裝置并能夠開展強磁場下科學(xué)實驗研究的七個國家之一。在建設(shè)和運行國家大科學(xué)工程超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置的過程中，等離子體所積累了大量研制穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置需要的技術(shù)和經(jīng)驗（高功率電源、大口徑超導(dǎo)磁體、多參量自動控制、以及多種信號測量技術(shù)等）。
發(fā)展趨勢
國際穩(wěn)態(tài)強磁場的發(fā)展趨勢是：
（1）更高的磁場。美國目前正努力將水冷磁體的磁場由33T/32mm、28T/50mm提高到35T/32mm、32T/50mm，并計劃將混合磁體的磁場由45T提高到48T。
（2）更高場的NMR技術(shù)。美國和日本目前正努力將超導(dǎo)的NMR磁場由21.1T/900MHz提高到25T/1.066GHz，美國還在努力將水冷的NMR磁場由25T/1.066GHz提高到27.5T/1.17GHz，并計劃建造35T/1.49GHz的NMR。
（3）更大口徑的磁體。法國正在建設(shè)14.8T/400mm混合磁體和23.5T/160mm/1GHz的NMR。
（4）系列的磁體。世界4大穩(wěn)態(tài)強磁場實驗室都有系列磁體裝置，其中有最高場強的標(biāo)志性磁體，也有滿足其它不同實驗特別需要的不同場強或不同孔徑的磁體系列。表1列出了目前國際上主要穩(wěn)態(tài)強磁場實驗室的最高技術(shù)參數(shù)。
研究產(chǎn)品
2016年11月，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心自主研制的混合磁體裝置實現(xiàn)了任務(wù)目標(biāo)——40萬高斯穩(wěn)態(tài)磁場，正式成為磁場強度在世界排名第二高的穩(wěn)態(tài)強磁場裝置。
參考資料 >
中國造出磁場強度世界第二高的穩(wěn)態(tài)磁體裝置，可研究量子行為.www.thepaper.cn.2016-11-17