一项核心指标的突破,不仅意味着数字上的刷新,更代表着中国在极端条件科学装置上拥有了定义未来的能力。
近日,中国科学院传出一则重磅消息:我国科研团队成功研制出中心磁场强度高达35.6特斯拉的全超导用户磁体。
这个数字是什么概念?它相当于地球磁场的70多万倍,并一举成为全球唯一能提供30特斯拉以上磁场的全超导用户实验磁体。
消息传出后,资本市场已有反应。截至1月27日收盘,永鼎股份股价上涨超过2%,西部超导上涨1.92%。但相比资本市场的微妙变化,这项技术突破对我国科学研究和先进制造业的潜在影响,要深远得多。
01 突破极限:从0到35.6特斯拉的艰难攀登
强磁场是现代科学研究不可或缺的极端条件之一。在材料科学、物理、化学和生命科学领域,许多物质的特性和现象只有在强磁场中才能被观测和研究。
全超导磁体正是产生这种强磁场的关键装置。不同于传统电阻磁体,全超导磁体利用超导材料在极低温下的零电阻特性,可以以极低的能耗产生极高的磁场。
但这种技术有一个难以突破的瓶颈:磁场强度越高,磁体设计和制造的难度就呈指数级增加。
世界上多个先进实验室长期在这一领域展开竞争。此前,国际上能够稳定提供给外部科研团队使用的全超导磁体,磁场强度大多在30特斯拉以下。
中国科学院电工研究所和物理研究所的团队,通过联合攻关,在磁体设计与建造方面取得关键核心技术突破,同时攻克了极端条件下的精密测量与系统集成难题。
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02 技术突围:35毫米孔径背后的实用化突破
这次突破不仅是磁场强度的刷新,还有一个常被忽视但至关重要的参数——可用孔径达到35毫米。
专业领域外的人可能不理解这个数字的意义。在超导磁体技术中,磁场强度和孔径大小往往是一对矛盾。过去,要达到30特斯拉以上的磁场强度,磁体的可用孔径通常会被压缩到15至20毫米。
35毫米的孔径意味着什么? 它使得这种极端强磁场条件真正具备了广泛的科研实用性。
核磁共振、材料比热测量、量子输运研究等大部分实验,都需要一定的样品空间和探测设备插入空间。35毫米的孔径足以容纳多种实验探头和样品,使得这一装置不再只是实验室的“摆设”,而成为真正可供多学科使用的科研基础设施。
中国科学院物理研究所研究员雒建林指出,全超导磁体因零电阻特性,运行成本远低于传统电阻磁体。
这意味着,我国科研团队不仅实现了技术指标的突破,更在实用性和经济性上取得了重要进展。
03 从实验室到生产线:先进制造业将迎来的连锁反应
作为用户磁体,这一装置将向外部科研团队开放共享。但它对产业的潜在影响,远不止于为学术界提供极端实验条件。
在先进制造业领域,超导技术已成为高端装备制造的关键支撑技术之一。例如,在半导体制造中,超导磁体可用于产生均匀强磁场,提高单晶硅等材料的纯度;在航空航天领域,超导磁体可用于磁悬浮轴承,显著降低摩擦损耗。
更值得关注的是,这项技术突破可能带来的连锁创新效应。新材料研发往往需要极端条件的“压力测试”,而35.6特斯拉的强磁场正是这样的极端条件之一。
可以预见,这一装置将为我国在新材料、新能源等领域的原始创新提供前所未有的实验平台。
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04 明确应用:三大领域即将受益
从现实角度看,这项技术突破将在以下领域产生最直接的影响:
医疗设备升级。超导磁共振成像(MRI)是超导技术最成熟的应用领域。更高场强的超导磁体将使医学影像分辨率大幅提升,为早期疾病诊断提供更清晰的“眼睛”。目前,1.5T和3.0T MRI已广泛应用,而更高场强的7.0T MRI正在进入临床研究阶段。35.6T技术的突破,为下一代更高场强医疗影像设备奠定了技术基础。
能源技术革新。可控核聚变被认为是解决人类能源问题的终极方案之一,而超导磁体是约束高温等离子体的关键。更高磁场强度的超导磁体,意味着更小体积、更低成本的聚变装置成为可能。此外,在风力发电领域,采用超导技术的直驱风机有望大幅提高发电效率和功率密度。
交通运输变革。超导磁悬浮列车已在部分国家实现商业化运营,但其高昂的建设成本限制了大规模推广。更高性能、更低成本的全超导磁体技术,将为磁悬浮交通的普及提供技术可能。同时,在电动汽车领域,超导电机有望解决目前电动车面临的续航里程和充电时间两大痛点。
据中国科学院介绍,研究团队下一步将进一步提升磁体综合性能,研制磁场强度更高的全超导用户磁体。
这次突破的深层次意义,在于中国在基础科学装置领域已经从“追赶者”转变为“并行者”,并在部分极端条件设施上开始引领。
这些极端实验条件,就像科学家观察微观世界的“超级显微镜”,让我们能够看到常温和常压下无法观测的物质行为和特性。当这项技术从实验室走向产业应用时,会带来什么样的变革?
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