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    我國科學家創造32.35特斯拉全球最高磁場超導磁體

    日期 2019-12-25   來源:工程與材料科學部   作者:關永剛  【 】   【打印】   【關閉

    圖1. 32.35特斯拉超導磁體勵磁曲線(低溫超導磁體貢獻15特斯拉,高溫超導磁體貢獻17.35特斯拉)

    圖2. 世界強磁場排名

    圖3. 中科院電工所王秋良團隊研制的超導磁體

      在國家自然科學基金項目(批準號: 51477167 ,51777205)等資助下,中國科學院電工所王秋良團隊成功研制出中心磁場高達32.35特斯拉(T)的全超導磁體,這是最高磁場超導磁體的新世界紀錄,打破了此前由美國高場實驗室于2017年12月創造的32.0T超導磁體的世界紀錄,標志著我國高場內插磁體技術已經達到世界領先水平,為我國高精尖強磁裝備技術的發展奠定了堅實的基礎。

      高磁場超導磁體技術作為大科學設施、國防裝備、高精尖科學儀器、健康醫療、特種電工及能源交通等領域的核心技術,其研制涉及多學科和多技術的高度融合,設計與制造存在諸多的技術難題。王秋良團隊長期致力于高場高溫超導內插磁體技術研究。先后研制成功24.0T、25.7T和27.2T全超導磁體,使我國成為世界上第二個能建造27.0T以上穩定運行超導磁體的國家,使我國高場超導磁體技術躋身于世界先進水平。

      常規低溫超導磁體產生的磁場強度約為23特斯拉。為了提高超導磁體的中心磁場強度,科學家常采用高溫超導磁體和低溫超導磁體組合優化的方式建造超導磁體,即利用高溫超導帶材抗拉伸強度高和高磁場下高載流特性的優點來產生23.0T以上的中心磁場。目前,高溫內插磁體普遍采用稀土鋇銅氧(REBCO)帶材繞制,但層狀結構的REBCO帶材存在層間結合力弱,在極高磁場條件下易被巨大的電磁應力拉扯分層的現象,嚴重制約磁體運行的穩定性。此次王秋良團隊設計并建造了全新的超導線圈和支撐結構,提高了線圈的整體工程電流密度和局部安全余量,并采用軸向彈性支撐結構和綁扎裝置,提高了超導接頭抵抗局部拉應力集中的能力。建造的高低溫混合超導磁體在液氦浸泡條件下產生了32.35T的中心磁場,并且實現了在32.35T全超導磁體的穩定運行。該技術成果將極大地拓展我國物質科學的研究空間,為我國物質科學探索新物態、新現象、新規律等基礎研究和應用研究提供最先進的強磁場實驗條件。




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