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中国脉冲强磁场强度步入90特斯拉级

来源:国家脉冲强磁场科学中心(筹) 点击次数:5857次 发布时间:2013-08-12 10:44:07 编辑:党委宣传部

    新闻网讯(通讯员 程远)8月6日晚,国家脉冲强磁场科学中心(筹)取得重大突破,中心自行研制的脉冲磁体成功实现了90.6特斯拉的峰值磁场,再一次刷新我国脉冲磁场的最高强度记录,使我国成为继美国、德国后世界上第三个突破90特斯拉大关的国家。

    2011年,美国国家强磁场实验室率先突破90特斯拉的非破坏性脉冲强磁场磁场强度。为缩小与欧美国家脉冲磁场水平的差距,经潘垣院士提议,中心主任李亮教授将装置最高磁场强度的建设目标从80提高到了90特斯拉,并得到学校领导的大力支持。2011年和2012年,中心先后超越75特斯拉的国家验收指标,实现了83和86特斯拉的磁场强度。

    为实现90特斯拉的建设目标,在装置建设经理部的领导下,以彭涛、丁洪发、韩小涛等几位教授为首的磁体技术部和电源及控制测量技术部一起,精益求精,反复对磁体结构和系统进行优化,不放过每一个技术和工艺细节。彭涛教授更是顶着炎炎酷暑,用了一个半月时间精心绕制磁体。艰苦的努力和辛勤的汗水换来了丰硕的成果,终于在8月6日让我国脉冲强磁场一举迈入90特斯拉级磁场水平。该脉冲磁体有效磁场孔径为12mm、外径480mm、高500mm,采用双线圈结构,内线圈采用国产高强、高导铜铌复合导线,外线圈采用纯铜导线。每层导线均采用高强度人工复合材料加固,加固材料厚度经过优化计算得到。内外线圈则分别采用实验室1.6MJ/25kV和11MJ/25kV电容器模块供电,实现峰值磁场电流分别达到23kA和31kA。

    值得一提的是,产生90.6特斯拉磁场强度的磁体、电源、控制系统等全套装置均为中心自主开发研制。90特斯拉的磁场强度采用了中心全部的电容器组在接近满负荷状态下运行,经受住了炎热潮湿恶劣环境的考验,验证了整体装置的可靠性。短短5年时间,中心从无到有,从有到优,在中心全体人员的努力下使我国在脉冲强磁场领域实现了跨越式发展。

    脉冲磁体是产生高强磁场最重要的部件。电流和磁场相互作用在瞬间所产生的强大的电动力和急剧温升是限制磁场强度提高的两大主要因素。一流的磁体设计方案是研制高场强脉冲磁体基础,中心李亮、彭涛两位教授通过钻研,成功开发了PMDS脉冲磁体专用设计软件,此次90.6特斯拉磁体正是使用该软件进行设计。该软件现已被欧洲、美国各大脉冲强磁场实验室选定为专用磁体设计工具。与美国、德国90特斯拉级脉冲磁体都采用昂贵的高强高导材料相比,本次国家脉冲强磁场中心(筹)的磁体除了内线圈采用中心与西北有色金属研究院联合开发的高强高导铜铌合金导线外,外线圈采用的只是常规的软铜导线,因此,磁体的制造成本还不到美国和德国同类磁体十分之一。为了实现90特斯拉以上的磁场强度,美国洛斯-阿拉莫斯强磁场实验室用了20年,德国德累斯顿强磁场实验室用了10年,而我国仅用5年时间就实现了这一水平。 在过去的几年里,装置的建设水平得到了国内外同行的一致好评,国家脉冲强磁场科学中心(筹)已当之无愧地成为世界四大脉冲强磁场科学中心之一。