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磁场为什么这样强

2018-06-04 10:35:30|来源:人民日报|编辑:于苏燕 |责编:韩东林

武汉国家脉冲强磁场科学中心科研人员正在绕制磁体。王郭骥 摄

  “武汉国家脉冲强磁场科学中心已跻身国际领先的脉冲强磁场设施”——前不久,由美国、德国、法国、日本、荷兰的国家强磁场实验室主任以及强磁场领域方向的21位权威专家组成的评估专家组,对武汉国家脉冲强磁场科学中心(以下简称“强磁场中心”)完成国际评估,并做出了上述结论。

  “国际领先”,意味着从跟跑向领跑跨越。而这个强磁场中心,从无到有、从弱到强,只用了短短10年时间。

  为什么中国要建自己的强磁场中心?因为,脉冲强磁场装置作为大型极端条件实验平台,可为物理、材料、生命等多个领域的科学家提供超强磁场、极低温、高压的复杂实验环境,为相关学科的基础科研开辟崭新的视角。

  据初步统计,强磁场中心建成后,北京大学、英国剑桥大学、美国斯坦福大学等60多家国内外科研单位在此开展了711项科学实验,在高温超导体、狄拉克电子体系等前沿科学热点方面取得了丰硕的研究成果,已在《科学》《自然》等国际顶级刊物上发表高水平论文569篇。

  核心材料和部件是要不来、买不来、讨不来的。强磁场中心85%以上的材料、部件都是国产的

  2008年4月25日,强磁场中心破土动工。仅仅11个月后,中心的脉冲强磁场实验装置样机系统就已研制完成。

  磁场强度从2011年的83特斯拉,到2013年90.6特斯拉,中心不断刷新着我国脉冲磁场强度纪录,也一直保持着亚洲第一、世界第三的排名。

  2014年10月,脉冲强磁场实验装置成功通过了国家验收,填补了国内超高磁场实验条件的空白。相关科研工作者不出国门,在“家门口”也可以利用强磁场装置完成重要实验了。有了这个平台,在一些国际竞争激烈的前沿科学领域,我国自主创新的核心技术可以“跑”得更快、“跑”得更远。

  以这样的“中国速度”,创造这样的“中国强度”,外国同行对强磁场中心由衷赞叹。

  “更重要的是,我们的‘中国强度’不是从国外‘买’来的,强磁场中心85%以上的材料、部件都是国产的。核心材料和部件是要不来、买不来、讨不来的。”中心主任李亮教授自豪地说。

  参与强磁场中心建设的科学家们,放弃了自己做科研出成果的机会,一门心思扑在强磁场装置的建设上。设备每一根电路的设计图都由团队自己绘制,每一个零件都是团队自己安装调试。

  磁体是脉冲强磁场装置的重要组成部分,而磁体的绕制不仅要求十分严格,而且没有“回头路”,只能一次成功。负责手工缠绕磁体的彭涛教授,常常“做梦都在绕磁体”,生怕出一点差错。武汉的夏天气温接近40摄氏度,可他要穿工作服站着工作八九个小时;午休时脱下工作服,身上就像刚被雨淋过似的。

  中心常务副主任韩小涛教授负责的控制系统是让装置动起来的“中枢大脑”。强电流、强磁场和极低温等极端条件对控制系统的可靠性、稳定性及安全性都提出了极为苛刻的要求,凭借团队自力更生、艰苦奋斗的精神,控制系统运行至今,无一起严重控制故障。

  免费开放脉冲强磁场平台,诚邀国内外高水平科学家们来“登台唱戏”

  技术的原创性、装置配备的尖端性、科研团队的专业性,使强磁场中心迅速引起了世界同行的关注。自2010年9月起,强磁场中心便陆续将已搭建完成的科学实验站对用户开放,与国际同行共享这一世界一流的实验平台。“我们做的其实就是搭戏台的工作,我们搭台,大家唱戏。”韩小涛笑称。

  磁场是诸多科学领域的基本研究工具。在传统科学日臻完美的今天,极端参数强磁场将为发现新现象、揭示新规律、建立新理论提供更多的机遇。可以说,在材料科学领域,强磁场是研究材料本质特性的“放大镜”;在凝聚态物理领域,强磁场是探索量子世界的“调制器”;在化学领域,强磁场是判定分子结构的“指示器”;在生物医学领域,强磁场是解析分子结构的“显微镜”。可以说,脉冲强磁场装置的核心技术强电磁工程,是前沿技术发展的助推器,在航空航天、医疗卫生、能源电力等领域都有极其重要的应用。

  自2013年强磁场中心建设完成后,团队一直秉承着开放共享的理念,免费开放脉冲强磁场平台,诚邀国内外高水平科学家们来“登台唱戏”。截至去年11月,强磁场中心已为60多家国内外科研单位开展了711项科学实验,实验站累计开放机时达26917小时;研究内容涵盖了物理学、材料学、化学等多个学科,特别是在高温超导体、狄拉克电子体系等前沿科学热点方面展开的研究工作,充分发挥了脉冲强磁场的独特优势。国内外学者在这里进行实验,并取得了累累硕果。

  他们正迎难而上,致力于创造更强的磁场,让强磁场中心像磁石一样吸引、催生更多创新成果

  推动强磁场中心跨越发展的,是一群可爱的科学“追梦人”。

  中国工程院院士潘垣是强磁场中心的奠基人。总结自己的“圆梦法宝”,潘垣归纳了“42字箴言”:把握学科方向,瞄准国家需求,联系前沿趋势,发挥优势特色,提炼特色课题,抓住实时机遇,积极抢占先机。

  早在2001年,潘垣就敏锐地意识到,我国要想在生命科学、医学、功能材料和器件等方面的研究进入国际前列,就必须建设世界水平的脉冲强磁场装置。在筹备过程中,寻找主供电源是重要环节。而此时,国外某大学因故停用的一套中等规模通用型的磁约束聚变实验研究装置——TEXT—U,引起了潘垣的注意。他意识到:这是一次难得的机遇!在学校领导的大力支持下,2003年底,该大学赠送的总价值约2000万美元的TEXT—U漂洋过海,落户于华中科技大学东校区近千平方米的结构大厅。

  尽管是赠送,但也花了几百万元的运费和组装费,有人说这是“花大价钱搬回了洋垃圾”。面对误解,潘垣和同事们不争不辩,而是默默奋斗,用事实说话。今天,强磁场中心取得的成绩已经证明:他们的选择是正确的。

  “中国要强盛、要复兴,就一定要大力发展科学技术,努力成为世界主要科学中心和创新高地。我们比历史上任何时期都更接近中华民族伟大复兴的目标,我们比历史上任何时期都更需要建设世界科技强国!”习近平总书记在两院院士大会上的重要讲话,激励、鼓舞着强磁场中心的每一位科研人员。目前,他们正迎难而上,致力于创造更强的磁场,让强磁场中心像磁石一样吸引、催生更多创新成果,为建设世界科技强国添砖加瓦。(田豆豆)

 

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