我国全超导磁体技术创造世界纪录 35.6特斯拉突破新高度

问题:强磁场是研究物质微观结构与新奇量子态的重要手段。凝聚态物理、材料科学以及生物和化学分析等领域,实验常需在强磁场、极低温等条件下获取更高分辨率、更稳定的数据。长期以来,兼具高磁场强度、高稳定性、低能耗且面向用户开放的全超导磁体——研制难度大、周期长——是国际科技竞争的重点方向之一。如何在安全可靠、可持续运行的前提下,把“用户可稳定使用”的磁场提升到更高水平,是强磁场装置建设和基础研究能力提升面临的关键课题。 原因:35.6特斯拉全超导用户磁体的实现,建立在国家重大科技基础设施的长期布局和多学科联合攻关之上。综合极端条件实验装置作为国家“十二五”重大科技基础设施项目,已于2025年2月通过国家验收,为高场磁体的工程化集成、低温系统保障及用户运行管理提供了平台支撑。强磁场超导磁体研制涉及电磁、力学、低温工程、精密测量与系统控制等多领域交叉。工程化过程中既要追求更高磁场,也要满足磁场均匀度、稳定度、有效口径和长期可靠性等用户指标。同时,高温超导材料在临界电流、力学性能、各向异性与制造一致性等仍有挑战;屏蔽电流效应和尺寸偏差会显著增加设计与制造难度。围绕这些瓶颈,有关团队在磁体系统设计建造、电磁—机械安全裕度提升、磁体健康监测、极低温高场精密测量以及多系统集成等上取得关键突破,为纪录刷新奠定了技术基础。 影响:经专家现场测试,该磁体中心磁场达到35.6特斯拉,可用孔径35毫米,已具备面向用户开展实验的条件。与此前国际同类全超导用户磁体最高32.0特斯拉纪录相比,此次继续提升了“可用的最高磁场”,标志着我国在强磁场全超导用户磁体的工程化与用户运行能力上迈出重要一步。对科研而言,高场条件可拓展可观测物理区间,提升核磁共振、比热、电阻等测量在极端环境下的灵敏度与可靠性,有助于推动高温超导、强关联电子体系、新型磁性材料等方向的研究进展。对产业链而言,超导磁体是高端科学仪器与重大装备的重要组成,相关技术进步将带动超导材料、低温制冷、精密测量与系统控制等领域协同升级,为先进医疗装备、能源交通及国防特种装备等应用提供更扎实的技术储备。更重要的是,“用户磁体”强调开放共享与稳定运行,其能力提升将增强我国重大科技基础设施对国内外科研团队的吸引力与支撑能力。 对策:面向持续提升性能并拓展应用边界,下一阶段需要在“可用性、可扩展、可持续”上系统推进。一是围绕材料与工艺,提高高温超导材料的批次一致性与力学可靠性,降低工程化不确定性;二是围绕安全与运维,完善高场环境下的健康监测、故障预警与保护策略,提升长周期稳定运行能力,把高指标转化为高可用;三是围绕用户需求优化装置服务体系,针对不同实验方法对孔径、均匀区、稳定度和测量接口的要求,提升实验适配性与运行效率;四是加强知识产权保护与成果转化,完善从核心方法到关键部件的自主可控链条,提升国际竞争中的主动性。 前景:强磁场技术迭代呈现“更高磁场、更大孔径、更强稳定、更低能耗”的趋势。当前35毫米孔径已覆盖多数常用测量需求,但随着多物理场耦合实验与原位表征手段的发展,进一步扩大孔径、提升综合性能将成为下一步方向。国际竞争依然激烈,纪录突破不是终点。相关团队提出向40特斯拉及更高全超导用户磁体迈进的研发目标;若在材料、结构与系统集成上继续取得突破,将进一步巩固我国在极端条件实验能力上的优势,并为更多原创性科学发现提供更强的“高场引擎”。

强磁场技术体现着一个国家科技创新与工程能力的水平。从32.0特斯拉到35.6特斯拉的提升——数字变化看似不大——但背后是材料科学、工程设计、精密测量等多领域的长期积累与关键突破。此成果展示了我国基础研究支撑能力和高端装备研制上的进展,也表明我们具备持续向更高指标迈进的能力。面向激烈的国际竞争,仍需保持稳定投入,推动更深层次的学科交叉与协同攻关,完善人才培养与创新机制,为探索微观世界和推动科技进步提供更有力的支撑。