強磁場中心首個水冷磁體獲得最高26.9特斯拉磁場

1月16日下午4時，中科院合肥物質科學研究院強磁場科學中心一片歡呼聲：該中心自主研製的第一臺水冷磁體在輸入10兆瓦的電源功率、2萬安培高穩定度電流下，獲得了預計的26.93特斯拉的磁場。這標誌著「十一五」國家重大科技基礎設施——穩態強磁場實驗裝置項目獲得了重大進展，也標誌著我國強磁場水冷磁體技術達到世界先進水平。

自主設計、研製的水冷磁體和電源系統

穩態強磁場實驗裝置是「十一五」國家重大科學工程，其目標是要建設穩態強磁場極端實驗條件，以便滿足我國物理、化學、材料、生命科學等多學科前沿探索對於穩態強磁場等極端實驗條件的需要，使我國的強磁場水平躋身於世界先進行列。

穩態強磁場實驗裝置項目包括了四臺不同特性參數的水冷磁體和一臺混合磁體，它們完全自主設計、研製。這些磁體共用一套高穩定度電源系統、大功率去離子水冷卻系統、自動控制和保護系統以及氦低溫系統。

本次試驗的高功率水冷磁體正是強磁場中心的建設目標之一，值得一提的是，試驗所用的電源系統也是強磁場中心自行設計、研製的。

成功驗證了水冷磁體、電源系統和水冷卻系統

強磁場中心主任匡光力介紹說，水冷磁體的成功運行，有賴於三個要素：水冷磁體的設計及研製、大功率電源的穩定輸出、去離子水冷卻系統的正常運行。

強磁場中心研製的水冷磁體採用新型Bitter線圈設計。其研製及安裝要求非常苛刻，涉及多種工藝和步驟，如Bitter片需進行尺寸檢驗和冷卻孔的位形檢驗、去毛刺、拋光、鍍銀；線圈組裝時要求環境潔靜，數百至千片導體和絕緣Bitter片準確到位等。

為了讓磁體正常運行，獲得高強度磁場，還需要電源系統持續供電。本次實驗時，通電電流達到了2萬安培，輸出功率達10兆瓦，正是大功率穩定電源系統持續供電的結果。

與公眾熟知的超導磁體不同，水冷磁體在通入高功率電流後，會產生巨大熱量，如何解決這一問題？科研人員的解決辦法是用去離子水穿過磁體，帶走熱量——即使用與電源功率相匹配的去離子水冷卻系統來保障水冷磁體正常運行。

匡光力表示，調試成功達到預設指標，證明水冷磁體設計與研製技術是完全成功的，同時也檢驗了支撐強磁場磁體運行的技術裝備系統的適應性和可靠性。而且水冷磁體的設計思路、製造工藝及關鍵材料的選擇是相同的，只是為滿足不同的科學實驗需要，各磁體的結構尺寸、用電量大小及產生的磁場不同。因此，本次機時調試成功，為強磁場中心未來的其他三臺水冷磁體提供了經驗和保證。

創造單位輸出功率獲得磁場最高的世界紀錄

水冷磁體總負責人高秉鈞說，中國是世界上除美國、日本、法國、荷蘭之外，唯一擁有穩態強磁場水冷磁體裝置的國家。

目前水冷磁體所能達到的磁場最高記錄是由是美國國家強磁場實驗室創造的，他們在用電輸功率20兆瓦情況下，穩態水冷磁體產生的最高磁場已達36特斯拉。美國強磁場實驗室用電13兆瓦的水冷磁體產生27特斯拉磁場，而法國強磁場實驗室用電10兆瓦的水冷磁體產生25特斯拉磁場。

因此，如作性能比較，強磁場中心自主研製的第一臺水冷磁體用電10兆瓦能產生26.93特斯拉磁場，具有國際先進性。

強磁場中心首個水冷磁體

科研人員在中央控制室開展調試

獲得最高26.9特斯拉磁場強度