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◎ 科技日报记者 吴长锋 12日，记者从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，由该院强磁场科学中心研制的国家稳态强磁场实验装置再攀“科学高峰”——其混合磁体（磁体口径32毫米）产生了45.22万高斯（即45.22特斯拉）的稳态磁场，刷新了同类型磁体的世界纪录，成为目前全球范围内可支持科学研究的最高稳态磁场。据悉，原世界纪录是1999年由美国国家强磁场实验室创造，其混合磁体产生45万高斯，至今已保持纪录23年之久。  实验现场 科学探索的“国之利器”国家稳态强磁场实验装置是“十一五”期间国家发改委批准立项的重大科技基础设施，也被称为大科学装置。是指为提升探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革的能力，由国家统筹布局，依托高水平创新主体建设，面向社会开放共享的大型复杂科学研究装置或系统，是为高水平研究活动提供长期运行服务、具有较大国际影响力的国家公共设施。 按照不同的用途，国家重大科技基础设施一般分为三类：第一类是专用研究设施，如全超导托卡马克核聚变实验装置、“中国天眼”等；第二类是公共实验设施，如稳态强磁场实验装置、上海光源等；第三类是公益科技设施，如中国遥感卫星地面站等。  稳态强磁场实验装置混合磁体 稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，英文简称SHMFF）是国家发改委“十一五”期间立项的国家重大科技基础设施。稳态强磁场实验装置法人单位是中国科学院合肥物质科学研究院，共建单位是中国科学技术大学，各项任务依托强磁场科学中心完成。装置于2008年5月19日获批开工，2010年10月28日转入“边建设、边运行”模式，2017年9月27日通过国家验收并正式投入运行。 稳态强磁场实验装置在建设过程中取得了一系列成就，磁体技术和综合性能处于国际领先地位。团队成功研制出世界第二台40特斯拉级混合磁体、五台不同用途的水冷磁体（四创世界纪录、三台保持至今），建成了国际首创的水冷磁体扫描隧道显微镜、扫描隧道-磁力-原子力组合显微系统等一系列科学实验系统。装置为开展物理、化学、材料、生命健康和工程技术等学科的研究提供了稳态强磁场实验条件，已在多学科前沿探索中取得诸多重大科技成果。 国家稳态强磁场实验装置包括十台磁体：五台水冷磁体、四台超导磁体和一台混合磁体。其中，混合磁体是国际上技术难度最高的磁体，也是能够产生最高稳态磁场的磁体，从结构上看，它由外“超导磁体”和内“水冷磁体”组合而成。 在合肥综合性国家科学中心强光磁预研项目的支持下，经过五年多紧张的技术攻关，强磁场团队创新了磁体结构、研发了新材料、优化了制造工艺，终于取得重大技术突破。此次国家稳态强磁场实验装置的混合磁体在26.9兆瓦的电源功率下产生45.22万高斯的稳态强磁场，达到国际领先水平，成为我国科学实验极端条件建设乃至世界强磁场技术发展的重要里程碑。 支撑起3000项前沿课题研究，取得系列重大成果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。 此次合肥科学岛稳态强磁场实验装置混合磁体产生的45.22万高斯（即45.22特斯拉，1特斯拉＝10000高斯）磁场究竟有多高？举一个例子。地球磁场约等于0.5高斯，45.22万高斯相当于地球磁场的90多万倍。  实验结果刷新世界纪录 稳态强磁场技术领域国际竞争十分激烈，世界科技强国一直重视强磁场实验条件建设，目前国际上有五大稳态强磁场实验室，分别分布于美国、法国、荷兰、日本以及中国合肥。 法国Grenoble国家强磁场实验室和荷兰Nijmegen 国家强磁场实验室近20年来一直希望研制成功稳态混合磁体，经历了多次挫折，尚未成功。 我国强磁场实验室虽起步较晚，但仅用十余年的时间，实现了从无到有、从跟跑到并跑领跑的关键跨越，创造了强磁技术发展的“中国速度”。此次稳态强磁场实验装置混合磁体刷新世界纪录，成为我国科学实验极端条件建设乃至世界强磁场技术发展的重要里程碑。 稳态强磁场实验装置2010年开始“边建设、边运行”，2017年全部建成投入全面运行。截至目前，装置已经运行超过50万个机时，为国内外170多家单位提供了实验条件，包括清华大学、北京大学、中国科大、复旦大学、南京大学、浙江大学，中科院物理所、高能所、电工所、半导体所，美国哈佛大学、新加坡国立大学、德国马普所，等等。 装置用户在物理学、化学、材料科学、生命科学、药物学、工程技术等领域开展了超过3000项课题的前沿研究，取得了一系列重大科技成果，如首次发现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，等等。与此同时，依托装置衍生的多项成果，如扫描显微成像技术、国家Ⅰ类创新靶向药物研制等，成功就地转化为现实生产力，积极为经济社会发展服务。 此外，强磁场科学中心积极发挥大科学装置“沿途下蛋”机制，依托装置衍生多项具有广泛应用前景的科技成果，如新型高效糖尿病治疗潜在药物研制、自主研制国际首创的恶劣条件扫描隧道—磁力—原子力组合显微镜（STM-MFM-AFM）成像技术等。 为下一个大科学装置建设奠定重要基础稳态强磁场实验装置混合磁体刷新世界纪录，也为强磁场科学中心规划建设的另一个大科学装置——“强光磁集成实验设施”奠定了重要基础。 据中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心介绍，“强光磁集成实验设施”是由中国科学院合肥物质科学研究院、安徽大学、中国科学技术大学联合向国家发改委申报的国家“十四五”重大科技基础设施项目，经多轮评审，列为“备选项目、择机启动”。该设施包括55T混合磁体、36T超导磁体为代表的具有世界最高稳态磁场强度的系列磁体装置，以及依托微波、红外/太赫兹、可见光等系列先进波源，建设一批强磁场下光-磁集成测量系统，其主要科学目标是解决新型电子材料研发、高温超导机理研究与应用、生命过程本质探索、新药创制以及特种功能材料制备等国家重大需求中的瓶颈问题。 中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心相关负责人表示，国家稳态强磁场实验装置的混合磁体产生世界最高的稳态磁场，有力地提升了支撑科学家们开展物质科学研究的实验条件，将在低功耗电子材料等研究中发挥不可或缺的关键作用。随着混合磁体产生的磁场强度的提高，其开放共享水平、用户服务水平也将得到大幅提升，必将成为支撑我国科技创新的“国之重器”。（中科院合肥研究院供图） 编辑：刘义阳 审核：岳靓 |
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