我国自主研制全超导用户磁体突破35.6特斯拉 刷新世界纪录

问题——强磁场是探索物质新状态、揭示微观机理的重要工具。凝聚态物理、量子材料、超导机理、高温高压耦合实验等研究中,不少关键现象只在极低温与强磁场等极端条件下才会出现。长期以来,稳定、可持续运行并对用户开放的强磁场装置,是前沿研究的基础支撑。但高场强、长时间稳定运行与设备安全之间存在客观矛盾:磁场越强——电磁力越大——热负荷与结构应力越高,失超风险和运行不确定性随之增加。如何在可重复、可维护、可共享的前提下实现更高磁场强度,是强磁场科学装置建设的核心难题之一。 原因——此次突破得益于国家重大科技基础设施平台牵引与多学科协同攻关。综合极端条件实验装置为磁体研制与验证提供了稳定的极低温、测量与运行环境,也对磁体工程化提出了更高要求。中国科学院电工研究所承担设计制造任务,在超导线材选择、线圈结构、力学约束与热管理诸上进行系统优化;中国科学院物理研究所围绕用户运行需求,攻克运行健康监测等关键环节,提升装置的可观测性与可控性。该磁体中心磁场强度达到35.6特斯拉,约为地磁场的70多万倍;面向用户实验的可用孔径为35毫米。这意味着装置不仅追求“更高”,也更强调“可用、可测、可持续”,反映了从单项指标到综合性能的工程跃升。 影响——高场全超导用户磁体刷新纪录,将首先提升我国强磁场条件下的原始创新能力。强磁场能够促使电子轨道与自旋态重构,使隐藏的量子振荡、相变边界和新奇有序态更容易被捕捉;在拓扑材料、非常规超导、低维体系等研究中,高场环境往往是验证理论、区分机理的关键条件。其次,该成果将增强重大科研基础设施开放共享的吸引力。用户磁体面向对象广、需求多样,稳定可靠的高场平台有助于缩短课题验证周期、提高实验可重复性,带动更多跨机构、跨学科合作。再次,从工程角度看,全超导路线在能耗、运行成本与可持续性上更具优势,有利于推动强磁场装置向更高性能、更高效率演进,并为高端装备、材料与测控技术积累经验。 对策——面向持续开放运行与更高水平应用,仍需“运行可靠性—用户友好性—数据质量”三上同步推进。一是完善全生命周期健康监测与预警体系,加强关键部位状态感知、失超保护与应急处置流程,提高长期运行的可预测性和安全裕度。二是围绕用户实验需求优化配套条件,推动低温、测量、样品杆与电磁环境控制等系统协同,提升场强稳定度、均匀性与噪声控制水平,保障高精度测量。三是完善开放共享管理与服务机制,规范机时申请、实验方案评审与数据管理,形成“平台—用户—成果”的良性循环。四是加强人才与产业协同,超导材料、精密加工、低温工程、测控软件等关键环节持续投入,提升国产化与迭代能力,夯实可持续发展基础。 前景——随着极端条件实验装置体系优化,高场全超导用户磁体有望成为我国高水平基础研究的重要支点,并在若干方向形成新的增长点:在基础科学领域,量子材料、强关联体系和新型超导机理研究将获得更强实验支撑;在应用牵引领域,高场环境下的材料性能评估、器件极限测试及有关方法学创新将更加活跃。更重要的是,在国际科技竞争背景下,重大科研基础设施能力建设正从“有没有”转向“强不强”,从“单点突破”转向“系统能力”。以用户为中心、以可持续运行与开放共享为导向的高端科学装置建设,将在提升原始创新能力、培育交叉学科、吸引全球合作等上发挥更大作用。

35.6特斯拉全超导磁体的诞生,说明了我国基础研究与工程能力的持续积累与集中突破。这项凝聚众多科研人员心血的成果,不仅为攻关物质科学前沿问题提供了关键平台,也展现了协同攻关机制在重大科技任务中的组织优势。面向世界科技前沿,中国正以可验证、可复现的原创突破,持续拓展人类对物质世界的认知边界。