我国全超导磁体技术实现重大突破 35.6特斯拉强磁场刷新世界纪录

强磁场是现代科学研究进入“深水区”的关键实验条件之一。

材料在强磁场下呈现的量子行为、电子结构变化以及相变规律,往往是理解新机理、发现新现象的重要窗口。

然而,长期以来,能够稳定提供超高磁场、并可供用户开展常规实验的全超导磁体数量极少,强磁场条件成为部分前沿研究的瓶颈。

此次我国研制成功中心磁场达35.6特斯拉的全超导用户磁体,意味着面向开放共享的超高强磁场供给能力实现显著提升。

从原因看,超高场全超导磁体的难点并不在“把磁场做大”这一单一目标,而在“高场、稳定、可用、可持续”之间取得系统平衡。

一方面,磁体需要在极低温环境下运行,材料、结构、热管理、力学承载等环节必须协同优化;另一方面,面向用户的磁体不仅要达到峰值指标,更要具备长期稳定运行与重复使用能力,才能支撑高频次、多学科的实验需求。

此次攻关中,中国科学院电工研究所团队在磁体总体设计、关键结构与建造工艺等方面取得突破;物理研究所团队围绕极端条件下的精密测量与系统集成等关键问题持续攻关,推动装置性能实现跨越式提升,最终实现纪录刷新。

从影响看,35.6特斯拉的中心磁场强度约为地球磁场的70多万倍,其意义不仅在于刷新国际纪录,更在于为我国科研体系补齐关键“实验基础设施”短板。

作为全球少数能够提供30特斯拉以上磁场条件的全超导用户实验磁体,它将为凝聚态物理、材料科学、化学、交叉学科等研究提供更稳定、更低成本的强磁场环境,有助于推动高温超导、拓扑材料、低维体系等方向的基础研究与应用探索。

同时,强磁场超导磁体作为大科学装置的重要支撑设备,其相关技术路线与工程经验也将外溢到高端医疗、国防安全等领域的关键装备研制之中。

针对社会关注的运行成本与普及性问题,此次成果也给出了清晰的技术路径回应。

全超导磁体依托“零电阻”特性,可显著降低运行能耗和长期使用成本,相比传统电阻磁体更具可持续运行优势。

与此同时,该磁体提供35毫米可用孔径,可覆盖核磁共振、材料比热等多类实验的常见需求,使“高指标”与“可使用”相统一,增强面向用户的服务能力。

这种以开放共享为导向的大科学装置建设思路,将进一步促进科研资源优化配置,提高重大科技基础设施的综合产出效率。

在对策层面,强磁场能力的跃升也提示下一步应系统推进“装置能力—实验方法—人才队伍—开放机制”的协同建设。

一是以国家重大科技基础设施为牵引,持续完善强磁场与低温、压力等多条件耦合的综合实验平台,拓展极端条件下的可观测量与测量精度;二是面向用户需求完善运行维护、实验排期、数据规范等制度,提升开放共享的透明度和服务效率;三是推动关键材料、核心部件与工程工艺的自主迭代,增强产业链协同创新能力;四是加强跨学科人才培养与国际学术交流,使强磁场平台更好支撑原始创新和技术突破。

展望未来,随着强磁场平台能力持续增强,基础研究将获得更多“看得见、测得准、重复做”的极端条件支撑,更多具有国际影响力的原创成果有望在这一平台上孕育。

同时,超导磁体在高稳定、低能耗方向的工程化经验,将加快向更广领域扩展,带动相关材料、低温工程、精密测量与系统集成能力整体提升。

以开放共享为牵引的科学装置体系建设,也将为我国在全球科技竞争中增强战略主动权提供更坚实的基础设施支撑。

这一成就充分体现了我国在基础研究和关键技术领域的创新能力。

强磁场技术的突破不仅是数字上的进步,更代表着我国科研装置自主创新能力的提升和科技自立自强的实践成果。

随着这一国际领先的强磁场装置投入使用,必将吸引更多国际科研合作,为人类认识物质世界、开发新材料、解决科学难题提供有力支撑,进一步巩固我国在基础科学研究中的国际竞争力。