向世界第一稳态磁场挺进

■我们的记者左平和我们的记者沈春雷

今年2月，专家组在中国科学院强磁场科学中心完成了混合磁体技术的测试和验收，这也意味着该中心成功完成了国家重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”混合磁体的全部建设任务。

从2008年5月40T稳态强磁场项目开始，到2011年7月试验磁体成功通电试验，我国第一个使用铌锡管电缆导体的超导磁体研制完成。截至2016年11月，混合磁体大直径外超导磁体研制成功，获得10特斯拉磁场，成为国际超导磁体技术发展的重要成功案例。之后，外部超导磁体和内部水冷磁体成功结合，产生40特斯拉的磁场强度，使它们成为国际磁场强度第二高的稳态磁体装置。八年来，强磁场使人们完成了一次又一次的飞跃，但只有他们知道自己内心经历了怎样的痛苦，获得了多少悲伤和快乐，未来在哪里。

选择困难的混合磁体

混合磁体由内部水冷磁体和外部超导磁体组成。其中，水冷磁体必须解决材料和结构的优化、巨大的电磁力和严重的发热问题。超导磁体有一个巨大的孔。导体材料、结构和磁体生产工艺的选择都是技术问题。

中国科学院合肥材料科学研究所所长、强磁场科学中心主任邝广利说，以前世界上没有能产生10特斯拉稳态磁场的大型铌锡超导磁体装置，也没有能产生10特斯拉稳态磁场的超导磁体装置能达到如此大的口径。

不仅磁铁本身是一个挑战，而且还有数千万瓦的稳态DC电源系统、低温冷却系统、去离子水冷却系统等。都是不容置疑的困难。

例如，低温阀箱是一个非常特殊的非标准压力容器，集成了真空环境、低温液氮容器(液氮罐工作温度77K)、低温液氦容器(过冷罐工作温度4.5K)、一对16KA高温超导电流引线和13个WEKA低温阀。“设计花了五年时间，画了1170多幅画。在约1.5立方米的狭窄空间内，总共使用了2460米各种规格的管道，在阀箱内总共发现了5811个焊缝。”强磁场科学中心研究员、磁体科学技术部副主任欧阳郑融告诉《中国科学报》。

以前，世界上许多大型强磁场超导磁体都因技术问题而失效，而中国在强磁场超导磁体技术方面的原始基础薄弱。“混合磁体也是世界上追求更高稳态极限场强的首选。选择它必然会遇到困难。”强磁场科学中心的研究员陈说。

用强磁场分享快乐和悲伤。

为了安全起见，超导磁体组决定开发一种低磁场强度和小口径的试验磁体，但采用相同的材料选择和加工技术。测试磁铁于2011年7月成功通电。这是中国第一个在铌锡管中使用电缆导体的超导磁体。

研究人员第一次获得了巨大的喜悦和鼓励，坚信“国产”强磁场混合磁体将会成功。与此同时，据有关人员称，当时的通电测试过程“经历了无数次的测试和调整，使得通电过程极其困难和漫长”。

真正的混合磁体开始发展。绞合线、穿管、缠绕、超导接头制造、热处理、绝缘处理和组装的主要工艺过程都涵盖在小工艺过程中。任何一个环节都近在咫尺。研究人员屏住呼吸，有条不紊地一步一步往下走。在每个大节点和小节点上，结果都是扣人心弦的。他们就像坐过山车，不停地在快乐和悲伤的路上奔跑。

经过长时间的认真细致的工作，陈的“勇气”现在几乎是家喻户晓的了。

箭必须射在弦上。

2016年底，混合磁体首次调试达到项目验收目标——磁场强度达到40特斯拉。就在人们高兴和受到鼓励的时候，磁铁系统在通电激励时失灵了。随着混合磁体即将被接受，一层厚厚的薄雾立刻笼罩了强磁场的中心。那时，每个人的脸上都没有笑容和紧张。

在路上遇到邝广利的人觉得他不像以前那样快乐了。事实是，他怎么会高兴呢？他是负责整个项目的第一人，内部和外部的压力正在向他袭来。后来，他用自己的话说:“我过着非人的生活。”“莫斯科不相信眼泪”，研究人员和时间赛跑，经过70天70夜的追逐，终于使它恢复并顺利进入冷却阶段。

1月20日，眼看春节就要到了，邝广利召集大家开了一个工程会议。现场的气氛给人一种紧急军事会议的印象。

内部水冷磁铁的负责人高炳军说:“这个小组已经开了一个会，春节期间有三个人值班。”超导电源负责人刘表示:“相关人员随时待命。”超导磁体组的老教师潘茵说:“元旦是孩子们的事，但随着年龄的增长，也是一样的。”*控制组的一群年轻人说:“做好准备，服从安排。”低温小组的老师欧阳·郑融说:“箭在弦上，已经到了不得不发的地步。”

会议的最终决议是:各子系统应分别做好扎实的准备，并考虑更多相关系统。万一发生紧急情况，这个计划应该考虑周全。根据冷却过程，通电测试应在每年30日上午8: 00进行，年度晚宴应在中午在文化走廊举行。战斗的号角听起来像这样。

混合磁体最终在农历新年的第四天再次通电，因为温度下降的地方不在。强磁场中心的微信社区充满了喜庆，红包到处都是。

8年后，混合磁体开发团队已经解决了许多结构设计和加工技术问题以及支持子系统开发问题。混合磁体装置的完成将有力地支持中国物理、材料、化学、生命科学等学科在极端条件下的基础科学前沿探索。同时，混合磁体装置的发展有效地推动了强磁场技术的发展，包括大规模的强磁场超导磁体技术。

人们通常都是这样。当成功的兴奋过去，喜悦逐渐消退后，他们开始觉得未来还有更艰巨的任务要做。邝广利指出:“以前，高强度磁场科学家的梦想只是分阶段实现的。接下来，高强度磁场中心将追求更高的稳态磁场，并推进到世界上第一个稳态磁场。”

《中国科学日报》(第六版，2017年3月6日)