澳门新葡萄京官网首页中国大型脉冲强磁场实验装置验收 仅次美德法

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日前,全球强磁场论坛年会在荷兰举办,同时举行了荷兰强磁场-自由电子激光实验室新楼的揭牌仪式。  美国、中国、荷兰、法国、德国、日本等国的几大强磁场实验室均选派科研人员参加了此次年会。  荷兰教育、文化和科学女部长为荷兰强磁场的新楼揭牌。荷兰奈梅亨强磁场实验室是欧洲强磁场实验室联盟的成员单位,该实验室已建成的自由电子激光器配套实验装置为目前世界独有。   自由电子激光器在短波长、大功率、高效率和波长可调节这四大主攻方向上,为激光学科的研究开辟了一条新途径,它可望用于对凝聚态物理学、材料特征、激光武器、激光反导
弹、雷达、激光聚变、等离子体诊断、表面特性、非线性以及瞬态现象的研究,在通讯、激光推进器、光谱学、激光分子化学、光化学、同位素分离、遥感等领域,它应用的前景也很可观。  超强磁场  是指采用超导技术产生的5T(Tesla)以上的磁场,同时也包括采用脉冲技术、或者混合磁体技术或者超高功率电磁铁技术产生的超高强磁场,也不排除探讨宇宙中黑洞产生的108
T的极限磁场。但从时效性和经济的角度考虑,能长时间经济地维持5T以上的磁场还只有依靠超导技术。   属于国家重大科技基础设施,是一个针对多学科实验研究需要的强磁场极端实验条件设施,包括十台强磁场磁体装置和六大类实验测量系统以及极低温、超高压实验系统,多项技术和性能达到国际领先水平,实现了我国稳态强磁场极端条件的重大突破。  合肥强磁场装置是世界上第二台达到这一级别的装置,这使我国成为继美国、法国、荷兰、日本之后第五个拥有稳态强磁场的国家。  自由电子激光器  是一种新型的强相干辐射源。由于它可能具有高功率、高效率、波长的大范围调谐和超短脉冲的时间结构等一系列优良特性而受到人们的格外重视。目前,
除自由电子激光器之外,
还没有一种激光器能同时具备这些特点。这是因为它产生激光的原理与以往的激光器有本质上的不同。自由电子激光器是利用相对论电子束通过周期磁场将电子束的动能转换为辐射能。

澳门新葡萄京官网首页 1国家脉冲强磁场科学中心自行研制的90.6
特斯拉脉冲磁体。

10月23日,我国“十一五”期间部署建设的国家重大科技基础设施项目——脉冲强磁场实验装置,在湖北武汉通过国家验收,标志着我国成为继美、德、法之后第四个拥有国际顶级水平大型脉冲磁场实验装置的国家。

据介绍,强磁场与极低温、超高压等,被列为现代科学实验最重要的极端条件之一。脉冲强磁场技术是产生强磁场的重要技术,建设脉冲强磁场实验装置可为凝聚态物理、材料、磁学、化学、生命与医学等领域科学研究提供理想的研究平台。▲

澳门新葡萄京官网首页,另据人民日报报道,23日,我国“十一五”期间部署建设首批由高校承建的国家重大科技基础设施之一——华中科技大学脉冲强磁场实验装置通过国家竣工验收,标志着我国拥有了国际顶级水平的脉冲磁场实验装置,成为继美、德、法之后第四个拥有大型脉冲磁场实验装置的国家。

提供现代科学实验极端条件的理想平台

“从此以后,我们在强磁场环境下做实验,再不用找关系到国外实验室排队了!”验收现场,验收委员会专家、长期从事磁学和磁性材料研究的中国科学院院士都有为难掩激动……

“简单来讲,这就相当于提供了一个极端环境下的实验平台。”
华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心主任李亮介绍说,强磁场被列为现代科学实验最重要的极端条件。大多数科学效应的显现都与磁场强度有关:磁场强度越高,效应就会越明显,有些科学效应甚至只有在强磁场环境中才会显现。

该项目技术总监、中国工程院院士潘垣介绍说,脉冲强磁场技术不仅能满足前沿基础研究的需要,且在航空航天、新能源等行业有着广泛的应用。据介绍,近30年来,与强磁场相关的诺贝尔奖项达到10个,涵盖物理、材料、化学、生物和医学多个领域。

“特斯拉”是国际上用以衡量磁场强度的单位。2013年8月6日晚19点20分,国家脉冲强磁场科学中心成功实现了90.6特斯拉的峰值磁场,再一次刷新我国脉冲磁场的最高强度纪录,使我国成为继美国、德国后世界上第三个突破90特斯拉大关的国家。

目前已通过竣工验收的脉冲强磁场实验装置,不仅拥有可达到90.6特斯拉磁场强度的系列脉冲磁体,还配备了低温、高静压、光源等其它实验条件,建有电输运、磁特性、磁光特性、压力效应、极低温、电子自旋共振、核磁共振等多个科学实验站,可为脉冲强磁场下物理、材料、化学、生命与医学等领域科学研究提供理想的研究平台。

“现在,我们可以毫不客气地说,在脉冲强磁场的技术领域,我们做到了世界顶尖!”
作为脉冲强磁场实验装置的“发起人”,潘垣表示。

瞬间“百炼钢化绕指柔”,永磁装备充磁如充电

“看起来就像气功一样,当我们用电源驱动一个脉冲强磁场时,在100毫米的直径范围内,可产生500吨的电磁感应力,瞬间改变对象的形态。”李亮指着一件厚6毫米、直径600毫米的喇叭状金属管说,“利用脉冲强磁场成形装置,将一块金属圆板塑成这个形状,只需要一道工序、十几毫秒、0.001度电。”

这种技术被称为“多时空脉冲强磁场成形制造技术”,是李亮团队依托该中心自主研发的电源、磁体和控制技术,在全球首先提出并成功研发的。其原理在于,在脉冲强磁场环境中,线圈与金属材料相互作用,能产生极大的洛仑兹力,将坚硬的金属材料“百炼钢化为绕指柔”,在1至2毫秒的时间内塑造成特定的形状。

“这种技术不仅高效,且成本大幅降低,过程更为可控,成形面积更大,可成形样式更复杂,实现金属零部件的整体单次成形,避免了有缝拼接对零部件性能的破坏,可被广泛应用于航空、航天、兵器工业、汽车制造、仪表仪器等诸多领域。”脉冲强磁场实验装置技术副总监姚凯伦说。

此外,李亮团队在永磁装备充磁方面也取得了革命性突破。永磁材料被广泛应用于风力发电机、磁共振成像等。中心将专门的充磁夹具或充磁线圈集成在永磁设备上,不仅可以实现先拼装后整体充磁,再次充磁时也无需拆卸永磁块,只需接上电源再次放电即可,大幅降低了装配难度,提高了充磁效果,让大型永磁设备的充磁就像手机充电一般方便。此外,脉冲强磁场的相关衍生技术还可应用于磁制冷、磁治疗等多个领域,成为我国经济社会发展的重要推动力量。

研发系列国际先进水平关键设备,掌握核心技术

“我们可以用常规的、廉价的导体实现美国用价格高昂的导体达到的同样质量的脉冲磁体,成本不到美国和德国同类磁体1/10。”李亮不无骄傲地说:“产生90.6特斯拉磁场强度的磁体、电源、控制系统等全套装置均为中心自主开发研制”。有国外专家如此评价:“你们用1.3亿人民币做了1.3亿美元的事情。”

在中心,创新成了常态。

线圈作为磁体装置的“心脏”,其材料和绕制方式是影响磁体整体性能的关键,而攻克这一难题的,是中心一位“75后”的教授——彭涛。这位由华中科技大学电气学院培养的博士,在2010年为强磁场中心成功绕制了能实现75特斯拉峰值磁场的单线圈磁体,这是目前世界上采用软铜绕制的最高场强磁体。

当彭涛谋划着让绕制磁体产生的磁场再往上加一点时,中心的王绍良工程师则一心一意地做着温度的“减法”。从2008年7月到2011年3月,王绍良团队历经30多个月的艰苦攻关,自主研发了“用于脉冲强磁场科学研究的吉福特—麦克马洪制冷机样品冷却技术”,只需少量氦气,即可在5分钟内将预冷过的实验样品降温至-271.8℃,大幅提高了实验效率。

此外,中心还研发了一系列国际先进水平的关键设备,并掌握相关核心技术:自研自制的国内首创集成式脉冲强磁场装置、探测灵敏度为国际同类型装置最高的电输运实验站、激光光源波长范围为国际同类型装置最宽的磁光科学实验站、独创的平顶波形脉冲磁体……

这一系列成绩,都深深地打上“中国创造”的烙印。

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