我国为什么要研制强磁源？

据悉，中国科学院合肥强磁中心研制的“世界第二强”强磁源已于2017年2月圆满完成。该项目开发的磁场强度高达40万高斯，居世界第二，而目前的世界纪录是45万高斯。既然一些国外的人已经制造了世界上最强的磁场源，为什么中国要继续开发“世界第二”强磁场源，它的意义是什么？

中国科学院合肥材料科学研究所所长邝广利表示，目前开发的混合磁体装置由能够产生30万高斯稳态磁场的水冷磁体和能够产生10万高斯稳态磁场的超导磁体组成(图1)。虽然从数学上来说，30+10=40只是一个简单的数学运算，并且简单地遵循磁场的叠加定理，但是由于两个磁体的组合，它们之间存在如此强的相互作用力。

图1:混合磁体的磁感应强度趋势图(混合磁体的磁感应强度由超导磁体和水冷磁体叠加而成)(安徽江新工业技术发展中心新闻网图片)

只要在结合过程中两个磁性表面的重合之间有轻微的偏差，就会有超过吨级的力施加在磁体上。这种“相互伤害”很容易导致两块磁铁损坏甚至报废。

图2:混合磁体设备(网络图片)

上述两个核心设备之一的水冷磁体是由“水”冷却的磁体。为什么它能产生高达30万高斯的磁场？例如，在通电的直线周围会产生一定的磁场。如果我们把线做成一个环，我们会发现环周围的磁场比以前的直线产生的磁场更强、更集中。此外，如果我们把环的数目增加到100，磁场强度将比一个环强近100倍。水冷式磁体是根据类似的原理制成的，只是水冷式磁体使用“钻头”而不是“线圈”来产生大量的热量，而钻头产生磁场，因此需要大量的水来冷却磁体，因此得名“水冷式磁体”。

图3:左图为单个位片，右图为一堆位片，可有效实现磁场叠加(图片来自网络)

另一个核心设备，超导磁体，使用低温世界的超导体，在临界温度以下没有电阻。如果一定强度的电流通过超导物体，就会产生稳定的高强度磁场流。当然，超导磁体不像水冷磁体那样“吸水”。超导磁体需要消耗大量的液氮，因为要进入超导状态，超导体必须依靠液氮冷却到超导临界温度以下。

虽然强磁源项目已经通过验收，但我国仍需要不断自主开发更强的强磁源，因为高强度强磁源可以在微观世界诱导粒子产生新的物理状态。最著名的是1985年诺贝尔物理学奖授予了德国物理学家冯·克里琴，因为他发现了整数量子霍尔效应，这是在强磁场中实现的。强磁源的研究和发展不仅对物理学的学术研究有很大的帮助，而且在其他领域也有重要的应用，如医学核磁成像技术。