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强磁场 其实离我们很近

深度解读“稳态强磁场实验装置”

时间:2017-09-27 23:50:00

  中安在线讯 走进科学岛强磁场科学中心,6米高的稳态强磁场装置正处在低温状态,二楼的控制室内,大屏幕显示各项参数,在这里,任何细微的变化都在科研人员的监控之下。

  打造这样一个大科学装置,合肥花了9年时间。2008年5月,位于科学岛的稳态强磁场项目正式启动。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,都是自主研发和制作。

超导磁体SM3及配套核磁共振谱仪

  2016年11月,科学岛的稳态强磁场实验装置产生40特斯拉磁场强度,成为国际磁场强度第二高的稳态磁体装置。目前美国实现了45万高斯。

  2017年9月27日,“稳态强磁场实验装置”正式通过国家验收,标志着合肥综合性国家科学中心的三大核心装置建成,也标志着大科学装置间1+1>2的交叉集成作用正式开始形成。

  作为合肥综合性国家科学中心核心层重要组成部分,“稳态强磁场实验装置”成功验收。自此,合肥将力争解决对人类认识世界具有重要作用的科学前沿问题和制约产业发展的重大基础瓶颈问题。同时,将能够集聚一批高层次人才,构建跨学科、跨领域的协同创新网络,辐射带动相关领域的发展。

  什么是强磁场?强磁场跟我们有什么关系?据中科院合肥研究院党委书记王英俭介绍,强磁场技术的发展,其实与我们普通人的生活密不可分。

  我们知道,地球是一个大磁体,利用地磁,中国古人发明了指南针。根据测算,地磁只有0.5-0.6高斯,而稳态强磁场产生的40特斯拉实际就是40万高斯,相当于地球磁场强度的80万倍。

  “如今,科学岛强磁场科学中心已经具备了产生45万高斯强磁场的技术能力,也就是达到世界第一的标准,目前装置按照40万高斯来运行,接下来将冲刺世界冠军。”站在稳态强磁场实验装置面前,王英俭自豪地向记者介绍。

  记者了解到,作为合肥综合性国家科学中心的三大核心装置之一,稳态强磁场装置为合肥拿到综合性国家科学中心的“通行证”贡献了不少力量。

  据安徽省发改委主任张韶春介绍,合肥综合性国家科学中心是2017年1月获得国家发改委和科技部的联合批复的,目前国家只批复了上海、合肥、北京三个综合性国家科学中心。

  《合肥综合性国家科学中心实施方案》提出,要依托世界一流重大科技基础设施集群,打造多类型、多层次的创新体系,成为代表国家水平、体现国家意志、承载国家使命的国家创新平台。可以说国家重大科技基础设施(也就是大科学装置)是合肥综合性国家科学中心的核心建设内容。而稳态强磁场实验装置是具有国际先进水平的大型科学实验装置,也是合肥综合性国家科学中心建设的标志性科研科技基础设施,对于支撑交叉前沿领域源头创新,抢占未来发展制高点具有重大意义。

  那么,强磁场在我们生活中扮演什么角色?王英俭介绍,强磁场对于生命科学研究有重要作用。比如在医院里,磁共振成像(也就是MRI)就利用了强磁场技术。

  再比如,科研人员发现27T稳态强磁场影响肿瘤细胞有丝分裂过程中纺锤体的取向。细胞有丝分裂是亲代细胞将遗传物质等精确平均地分配到两个子代细胞的过程,是决定细胞命运的关键步骤,对维持细胞的正常生理功能和生物体的生长发育至关重要,更是肿瘤细胞恶性繁殖的关键。

  还有,强磁场是一种独特的条件,可以改变材料,甚至创造新材料。比如强磁场可以帮助硅的提纯,实现更高等级的单晶硅材料,衍生更好的电子产品。而硅是现代半导体电子工业的核心。

  又比如,强磁场可以帮助高温超导材料的研发。超导状态下的材料电阻可以忽略,这意味着电力的输送将不会有任何损耗。目前超导都是低温状态下实现的,科学家正在努力提高超导材料的临界温度。强磁场是这一实用价值极高的研究中不可或缺的手段。

  从这些例子可以看到,强磁场不仅为科学家们提供高大上的技术手段,相关的研究成果更是与我们生活息息相关的。也许不久的将来,合肥强磁场还将推出新的核磁共振技术、新的肿瘤药物、新的产业材料等等,他们也许会改变我们的生活。

  这套大科学实验装置,又是如何边建设边运行的?据强磁场中心主任孙玉平介绍,之所以可以“边建设、边运行”,主要是稳态强磁场实验装置跟其它大装置不同。

2-2强磁场科学中心自行研制的WM4水冷磁体创世界纪录

  据悉,强磁场中心有10台高场磁体和系列外围实验测量系统,由于十台高场磁体不是同时建成的,为了使国家的投资尽早收益,不造成资源闲置和浪费,装置在立项之初,国家发改委就要求采用“边建设边运行”的模式,这是管理政策的新尝试,从这种模式的运行效果来看,应该是非常成功的。

  孙玉平表示,“工欲善其事,必先利其器”。稳态强磁场装置是一流的“器”:一方面建设了一系列世界领先的高场磁体,这是“硬功”,另一方面,还根据科学家的需求和科技委、用户委的建议,建设好先进而独特的实验测量系统,这是“巧功”。两者相结合,使稳态强磁场装置的实验能力达到世界一流水平,这是科学家们能获得成果的基础条件。

  此外,中国科学院有完备的大装置运行管理办法和课题申请流程,用户可以利用科学院建的“重大科技基础设施共享服务平台”来方便地从网上进行课题申请。还有大量的高端用户群体。这些高端用户对装置的使用,既能出有影响的成果,又可以为装置的实验能力的进一步提升和运行管理水平的提高提供非常好的建议。(记者 顾继月)

原标题:深度解读“稳态强磁场实验装置”
来源:中安在线  作者:顾继月  编辑:陆璐
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