世界领先的强磁场 中国人这样建

——走进国家脉冲强磁场科学中心系列报道之二

本报记者 高 博  刘志伟

2018年12月初，武汉国家脉冲强磁场科学中心，一次次电磁风暴的袭击，让物质被迫吐露不为人知的秘密。最先进的电源、磁体和控制系统，打造了这一世界顶尖水平的强磁场装置。

“磁场与电流成正比，而磁体承受的力和热，与磁场的平方成正比。所以越往上走越难。就好像百米跑从9.9秒提高到9.8秒那样难。”国家脉冲强磁场科学中心主任李亮说。

“美国从70T（特斯拉）到90T走了20年，德国用了15年，中国则是4年。”李亮说。

线圈使用寿命超出国际同行近1倍

1820年，丹麦人奥斯特无意间发现，导线通电，附近的小磁针会跳动。从此，人们一直在用通电线圈来制造磁场。瞬间强电流产生的几毫秒时间的强磁场，叫做脉冲强磁场，它比稳态磁场更高。

国家脉冲强磁场科学中心的研究人员告诉我们：他们用小指头粗细的导线，绕成线圈，接上2.5万伏特的电压，流过4万安培的瞬间电流，就可以产生几十T的脉冲磁场。

但通电线圈会被磁体内部应力拉长和压扁。李亮说，他们的线圈承受的应力，是“蛟龙”号在7000米海底面临压强的50倍。而且磁体在放电过程中会产生巨大热量，线圈泡于液氮以降温；通电瞬间零下200摄氏度的液氮砰地蒸发掉。

几个毫秒内通入磁体的能量如10公斤TNT的能量，线圈经常被炸碎。俄罗斯和日本科学家先后用极端办法制造过上千T的磁场，那也是目前人类取得的最强磁场。但必须牺牲线圈，是一次性的，磁体线圈无法重复利用。

美国国家强磁场实验室创纪录的线圈用的是铜铌合金，最结实——100T磁场纪录的最大功臣。中国团队则使用国内自主研发的铜铌合金，强度仅为前者2/3。

中国人另辟蹊径，从理论分析挖掘潜力，通过精确计算，大幅提升高分子纤维层层缠绕加固的效果，就像铁环箍住炮筒。它比凯夫拉还结实，是世界上最强韧的纤维。纤维浸泡环氧树脂，也充当线圈的绝缘层。

彭涛教授专职绕线。“如果浸泡树脂不够充分，反光是不同的。”彭涛说，从线圈的纹路和颜色，老手能看出瑕疵。瑕疵让线圈更早崩溃。

美国磁体线圈直径一米，比中国的大很多，应力更低，不易坏，但美国线圈平均通电500次就会坏掉；彭涛做的线圈可使用800次。

中国电源便宜又强大

李亮曾在欧洲和美国工作多年，1992年以来世界上最强的磁体大多有他参与设计。

“我们是弯道超车。”李亮说，“我们从无到有，总结各家的经验，所以设计的整体性、系统性更强。”

美国国家强磁场实验室发电机电源，两层楼高，巨大的飞轮储能，瞬间放电——本是核聚变实验用的，100T纪录的第二大功臣。