紧凑型磁体磁场强度突破42特斯拉

来源：科技日报

科技日记者 张佳欣

在人们的印象中，无论是用于粒子加速器还是核磁共振（NMR）的强磁体，往往都是体型庞大的“巨无霸”。而据最新一期《科学进展》杂志报道，瑞士苏黎世联邦理工学院科研团队最新研制出两种紧凑型磁体，磁场强度分别达到38特斯拉和42特斯拉，而磁体外径仅63毫米，中心孔径仅3.1毫米。该成果为高场磁体小型化提供了新路径，有望推动核磁共振（NMR）技术的发展。

研究团队制造的这两种磁体仅手掌大小，但其磁场强度却可媲美世界顶级大型磁体。作为对比，美国国家高磁场实验室目前保持的场强纪录为45.5特斯拉，但其运行需要约20兆瓦电力，并依赖复杂的冷却系统。

通常来说，要产生42特斯拉的磁场，需要使用大型电阻磁体（由金属线圈缠绕在圆柱体上构成），不仅耗电达兆瓦级，还需要复杂的冷却系统。此次研究的突破在于采用了高温超导（HTS）材料制成的带材，使磁体能够在低温条件下以零电阻传输大电流，从而在极小体积内实现超强磁场。

研究人员将稀土钡铜氧化物（REBCO）超导带材绕制成扁平的盘状线圈（被称为“pancake”线圈），再将多个线圈堆叠成整体结构。这种设计不仅将磁场集中在更小体积内，而且相比传统设计所需的带材长度也大幅减少。

此外，传统磁体不同线圈之间通常需要连接接头，这些接头容易产生热量并造成能量损耗。该团队通过将超导带材连续绕制成单一回路，减少了连接带来的能量损失。同时，线圈匝间未设置绝缘层，使结构更加紧凑，从而进一步提升磁场强度。

在实验测试中，研究人员向磁体通入超过1000安培电流，成功获得了38特斯拉和42特斯拉的稳定磁场。研究团队表示，这一成果证明，完全基于高温超导材料的紧凑型磁体能够实现40特斯拉以上高磁场，显示出高场磁体向小型化和高能效方向发展的潜力。

研究人员认为，这项技术可应用于NMR领域。核磁共振广泛用于分子结构解析，但目前高场NMR设备通常体积庞大、成本高昂。未来，如果这种小型高场磁体能够进一步工程化，有望推动高性能NMR设备向实验室级甚至台式设备发展，从而提升高端科研仪器的可及性。