華中科技大學(xué)大型脈沖磁場實驗裝置通過驗收

據(jù)報道，10月23日，我國“十一五”期間部署建設(shè)首批由高校承建的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一——華中科技大學(xué)脈沖強磁場實驗裝置通過竣工驗收，標(biāo)志著我國成為繼美、德、法之后第四個擁有國際水平大型脈沖磁場實驗裝置。

據(jù)介紹，強磁場與極低溫、超高壓等，被列為現(xiàn)代科學(xué)實驗最重要的極端條件之一。脈沖強磁場技術(shù)是產(chǎn)生強磁場的重要技術(shù)，建設(shè)脈沖強磁場實驗裝置可為凝聚態(tài)物理、材料、磁學(xué)、化學(xué)、生命與醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)研究提供理想的研究平臺。

大型脈沖磁場實驗裝置 基礎(chǔ)科研必需 提供現(xiàn)代科學(xué)實驗極端條件的理想平臺

“從此以后，我們在強磁場環(huán)境下做實驗，再不用找關(guān)系到國外實驗室排隊了!”驗收現(xiàn)場，驗收委員會專家、長期從事磁學(xué)和磁性材料研究的中國科學(xué)院院士都有為難掩激動……

“簡單來講，這就相當(dāng)于提供了一個極端環(huán)境下的實驗平臺。” 華中科技大學(xué)脈沖強磁場科學(xué)中心(籌)主任李亮介紹說，強磁場被列為現(xiàn)代科學(xué)實驗最重要的極端條件。大多數(shù)科學(xué)效應(yīng)的顯現(xiàn)都與磁場強度有關(guān)：磁場強度越高，效應(yīng)就會越明顯，有些科學(xué)效應(yīng)甚至只有在強磁場環(huán)境中才會顯現(xiàn)。

該項目技術(shù)總監(jiān)、中國工程院院士潘垣介紹說，脈沖強磁場技術(shù)不僅能滿足前沿基礎(chǔ)研究的需要，且在航空航天、新能源等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。據(jù)介紹，近30年來，與強磁場相關(guān)的諾貝爾獎項達到10個，涵蓋物理、材料、化學(xué)、生物和醫(yī)學(xué)多個領(lǐng)域。

“特斯拉”是國際上用以衡量磁場強度的單位。2013年8月6日晚19點20分，脈沖強磁場科學(xué)中心成功實現(xiàn)了90.6特斯拉的峰值磁場，再一次刷新我國脈沖磁場的高強度紀(jì)錄，使我國成為繼美國、德國后世界上第三個突破90特斯拉大關(guān)。

目前已通過竣工驗收的脈沖強磁場實驗裝置，不僅擁有可達到90.6特斯拉磁場強度的系列脈沖磁體，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(yīng)、極低溫、電子自旋共振、核磁共振等多個科學(xué)實驗站，可為脈沖強磁場下物理、材料、化學(xué)、生命與醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)研究提供理想的研究平臺。

 “現(xiàn)在，我們可以毫不客氣地說，在脈沖強磁場的技術(shù)領(lǐng)域，我們做到了世界出色!” 作為脈沖強磁場實驗裝置的“發(fā)起人”，潘垣表示。

工業(yè)應(yīng)用新探索　瞬間“百煉鋼化繞指柔”，永磁裝備充磁如充電

“看起來就像氣功一樣，當(dāng)我們用電源驅(qū)動一個脈沖強磁場時，在100毫米的直徑范圍內(nèi)，可產(chǎn)生500噸的電磁感應(yīng)力，瞬間改變對象的形態(tài)�！崩盍林钢�一件厚6毫米、直徑600毫米的喇叭狀金屬管說，“利用脈沖強磁場成形裝置，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(shù)被稱為“多時空脈沖強磁場成形制造技術(shù)”，是李亮團隊依托該中心自主研發(fā)的電源、磁體和控制技術(shù)，在全球首先提出并成功研發(fā)的。其原理在于，在脈沖強磁場環(huán)境中，線圈與金屬材料相互作用，能產(chǎn)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(nèi)塑造成特定的形狀。

 “這種技術(shù)不僅高效，且成本大幅降低，過程更為可控，成形面積更大，可成形樣式更復(fù)雜，實現(xiàn)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(yīng)用于航空、航天、兵器工業(yè)、汽車制造、儀表儀器等諸多領(lǐng)域。”脈沖強磁場實驗裝置技術(shù)副總監(jiān)姚凱倫說。

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(yīng)用于風(fēng)力發(fā)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(shè)備上，不僅可以實現(xiàn)先拼裝后整體充磁，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(shè)備的充磁就像手機充電一般方便。此外，脈沖強磁場的相關(guān)衍生技術(shù)還可應(yīng)用于磁制冷、磁治療等多個領(lǐng)域，成為我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要推動力量。

自主創(chuàng)新新常態(tài)　研發(fā)系列國際先進水平關(guān)鍵設(shè)備，掌握核心技術(shù)

“我們可以用常規(guī)的、廉價的導(dǎo)體實現(xiàn)美國用價格高昂的導(dǎo)體達到的同樣質(zhì)量的脈沖磁體，成本不到美國和德國同類磁體1/10�！崩盍敛粺o驕傲地說：“產(chǎn)生90.6特斯拉磁場強度的磁體、電源、控制系統(tǒng)等全套裝置均為中心自主開發(fā)研制”。有國外專家如此評價：“你們用1.3億人民幣做了1.3億美元的事情�！�

 在中心，創(chuàng)新成了常態(tài)。

 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(guān)鍵，而攻克這一難題的，是中心一位“75后”的教授——彭濤。這位由華中科技大學(xué)電氣學(xué)院培養(yǎng)的博士，在2010年為強磁場中心成功繞制了能實現(xiàn)75特斯拉峰值磁場的單線圈磁體，這是目前世界上采用軟銅繞制的高場強磁體。

 當(dāng)彭濤謀劃著讓繞制磁體產(chǎn)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(jīng)30多個月的艱苦攻關(guān)，自主研發(fā)了“用于脈沖強磁場科學(xué)研究的吉福特—麥克馬洪制冷機樣品冷卻技術(shù)”，只需少量氦氣，即可在5分鐘內(nèi)將預(yù)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(fā)了一系列國際先進水平的關(guān)鍵設(shè)備，并掌握相關(guān)核心技術(shù)：自研自制的國內(nèi)首創(chuàng)集成式脈沖強磁場裝置、探測靈敏度為國際同類型裝置較高的電輸運實驗站、激光光源波長范圍為國際同類型裝置最寬的磁光科學(xué)實驗站、獨創(chuàng)的平頂波形脈沖磁體……

這一系列成績，都深深地打上“中國創(chuàng)造”的烙印。