日前，合肥综合性国家科学中心在合肥市高新区揭牌，标志着我省创新发展踏上新征程。合肥是继上海之后，国家正式批准建设的第二个综合性国家科学中心，该中心将以合肥现有的稳态强磁场、全超导托卡马克、同步辐射光源3个大科学装置为依托，打造世界一流的科技创新高地。稳态强磁场到底是什么，对于科学研究有啥作用？记者邀请中科院强磁场科学中心专家为您揭秘。

　　本报记者 桂运安

　　强磁场“透视”新现象

　　在自然界中，磁场无处不在。我们所居住的地球，就是一个大磁体，利用地球磁场，中国古人发明了指南针。根据测算，地球磁场强度约0.5高斯，而位于合肥科学岛上的中科院稳态强磁场装置可以产生40特斯拉（1特斯拉等于1万高斯）的强磁场，相当于地球磁场的80万倍。 “强磁场是一种有效研究手段，有了它，我们可以在物理、化学、生命、地学、材料等领域展开更好的探索。 ”中科院强磁场科学中心首席科学家、中科院院士张裕恒表示。 “在强磁场下，我们可以看到很多奇妙的现象。 ”中科院强磁场科学中心首席专家、总工程师高秉钧说。

　　强磁场与极低温、超高压一样，被列为现代科学实验最重要的极端条件之一，对磁场的认知往往伴随着重大科学发现。自1820年丹麦物理学家奥斯特发现在通电导体周围存在磁场以来，人们便开始了对磁场的研究。在人类生活中，手机、电脑、发电机乃至热核聚变装置等无不与磁现象有关。

　　自1913年以来，世界上有19项与强磁场有关的成果获诺贝尔奖，仅近20年就有8项，如整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、磁共振成像等。 “一些科学实验只有在强磁场环境下才能做。 ”中科院强磁场科学中心研究员田明亮认为，我国想在物质科学、生命科学、医学等方面赶上世界先进水平，必须建立具有世界水平的强磁场科学装置。

　　在强磁场“魔力”下，某些超导体可以瞬间变成绝缘体，而一些普通材料会变成全新导体。 “磁场越强能看到的内容越丰富，现有的实验室设备可以清晰地看到人脑的细胞构成。 ”中科院强磁场科学中心研究员陈文革介绍，医院里的核磁共振检测设备就是利用了强磁场技术。 “未来，在强磁场环境下，可以看到更加微观的状态，比如可以看到人的新陈代谢过程，以及物质在人体内发生变化的过程。 ”高秉钧说，作为大科学装置，稳态强磁场为众多科研的顺利开展提供了基础平台，今后随着强磁场技术的发展，一定会给人类生活带来更多翻天覆地的变化。

　　新纪录彰显新高度

　　40特斯拉稳态磁场，磁场强度世界第二！2016年11月13日，中科院强磁场科学中心迎来激动人心的时刻，我国历时8年自主研制的混合磁体装置调试获得圆满成功，实现了任务目标——产生40特斯拉稳态磁场，达世界一流水平，正式成为磁场强度在世界排名第二高的稳态强磁场装置。 “下一步，我们将向世界第一稳态磁场迈进。 ”中科院强磁场科学中心主任匡光力表示。

　　走进中科院强磁场科学中心磁体装置大厅，扑面而来的是一个四脚挺立、高约6米的“大块头”，看起来如同一座貌不惊人的瞭望塔，这就是稳态强磁场实验装置的混合磁体。 “这一装置外表虽然普通，但正式运转起来，产生的巨大磁场足以让附近一切带有磁性的物品‘功能全失’。 ”高秉钧介绍，所有进入强磁场中心工作或参观的人员，都必须将身上银行卡之类的物品取下，否则就会消磁了。有一次，一位科研人员站在一墙之隔的地方，身上的钥匙因被超强磁场吸引而竖立起来。 “如果离得近，那钥匙就会像子弹一样‘嗖’地飞出去，被磁场吸过去。”高秉钧说。

　　目前，磁场强度世界第一的稳态强磁场装置在美国国家强磁场实验室，其纪录是45特斯拉。 “只有美国在我们前面，荷兰、法国也正在为40特斯拉以上磁场努力。 ”高秉钧说。对于20特斯拉以下的稳态磁场，大多采用超导磁体来产生，而大于20特斯拉的稳态磁体装置大多采用水冷电阻磁体。我国创造新纪录的稳态强磁场装置，由外超导磁体和套在其中的水冷磁体组合而成。

　　混合磁体是国际上产生极高稳态磁场的首选，但选择它意味着选择了一系列重大技术挑战。 “追求极高磁场，就像攀登珠穆朗玛峰，需要克服很多困难。 ”匡光力坦言，水冷磁体必须解决材料和结构的优化选择问题，面临巨大电磁力和严峻的发热问题，且给它供电的数千万瓦级稳态直流电源本身也是一项重大挑战，此前国际上已有多个大型强磁场超导磁体因技术问题而失败。

　　新纪录意味着新高度。在突破一系列关键技术难题后，中科院稳态强磁场装置顺利实现预定40特斯拉的目标，成为我国强磁场技术发展的重要里程碑。作为合肥综合性国家科学中心三大核心大科学装置之一，稳态强磁场将会成为我省科技创新的高地。 “未来，它将能够吸引更多科学家到合肥开展科研活动，其中甚至包括世界顶尖科研团队。 ”高秉钧表示。

　　荣誉背后的“悲与喜”

　　今年2月，中科院强磁场科学中心混合磁体工艺通过国家验收，意味着该中心顺利完成国家“十一五”重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”混合磁体的各项建设任务。从2008年5月项目正式启动，到通过验收，中科院稳态强磁场8年间从“一无所有”成长为“世界第二”，其背后的“悲与喜”唯有经历者最清楚。

　　“当初，强磁场中心没有一草一木，连办公室都是借的。 ”回忆往昔，中科院强磁场科学中心科研人员谭运飞无限感慨。此前，我国没有真正用于科学实验的强磁场装置，在强磁场下的科学研究几乎是空白。虽然我国稳态强磁场装置建设晚，但起点很高，短短8年时间，就实现了从“跟跑、并跑”到“并跑、领跑”的转变。高秉钧是国际著名磁体设计专家，曾参与美国国家强磁场实验室建设，他创立的比特磁体设计新理念被应用于美国国家强磁场实验室多个水冷磁体设计。 8年来，他设计的5台水冷磁体装置中，有3台已创造单项稳态磁场世界纪录。

　　成功令人喜悦，而背后的艰难，也让人难以忘记。正如中科院强磁场科学中心主任匡光力所说，选择混合磁体就选择了与困难结缘。为解决磁体、材料、结构、冷却等世界难题，该中心科学家与技术人员度过了一个个不眠之夜。如低温阀箱的设计就历时5年，绘制图纸约1200张，在约1.5立方米的狭窄空间累计使用各种管材2460米，阀箱总共焊缝数量5811条。

　　“小心，小心，再小心，理论设计反复验证，加工质量环环把关，我们的压力是巨大的，连轴转是家常便饭。 ”陈文革透露，从最基本单元、直径不到10厘米的比特片到高达6米的庞然大物，稳态强磁场装置的每一个部件和每一个设计，都由我国自主研发和制作。 “一个环节出了问题，不仅意味着巨大投资的损失，还意味着过去两三年的时间都打了水漂。 ”

　　在中科院强磁场科学中心二楼控制室内，大屏幕被各种参数“霸占”，任何细微变化都逃不过科研人员的 “火眼金睛”。 2016年11月底，稳态强磁场装置刚刚创造纪录不久，磁体系统就发生了故障。工程验收在即，研制人员立即与时间赛跑，经过70天夜以继日地摸排，今年大年初四混合磁体终于再次励磁成功。对他们来说，进攻的号角其实刚刚吹响，世界第一将是下一个目标！