武汉脉冲强磁场后来居上领先世界

在基础科学研究方面,武汉已经拥有两个国家最高级研究平台,其中之一的就是位于华中科技大学的脉冲强磁场。由中国工程院院士、华中科技大学教授潘垣带领的科研团队,经过十余年的持续攻关,打破国外技术壁垒的封锁,攻克多项世界性难题,取得一系列创新成果,建成运行世界领先的脉冲强磁场,强有力地推动了我国相关前沿科学技术的发展。

脉冲强磁场是物理、化学、材料等前沿科学研究不可替代的极端实验条件。欧美发达国家自20世纪60年代以来,已建有30多个脉冲强磁场设施,而我国长期缺乏脉冲强磁场条件,众多急需开展的科学研究严重受制于人。2007年1月国家发改委批准由华中科技大学建设我国脉冲强磁场设施,于2008年4月开工,2013年10月建成,2014年10月通过国家验收。建成国际唯一能用同一磁体开展多科学研究的设施,实验效率是同类设施的两倍。2013年10月和2018年5月,美、德、法等国家强磁场实验室主任及权威专家先后对设施建设水平、运行情况进行评估,认为设施“成为国际领先的脉冲强磁场设施之一”。

潘垣科研团队重要成员,华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心常务副主任韩小涛于2004年参与项目前期工作,全程见证了项目的筹备、建设与运行。

华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心常务副主任韩小涛:脉冲强磁场国家重大科技基础设施,凝聚了我们整整一代科技工作者的心血,在它的建设过程中,我们克服了磁体高强高导材料国外对我们禁运这样的一个卡脖子的问题,利用我们的自主创新的技术优势来弥补材料的不足,有了这样的国之重器,我们可以为科学家提供更好的更先进的科学测试平台,开展更高水平的前沿科学研究。

项目组在设施建设过程中,攻克了极限工况下磁场波形精确调控、磁体结构稳定性设计和微弱信号精准测量等世界性难题,创建脉冲磁体的弹塑性动力学模型,首创应力均匀化分层加固结构,用国外三分之二强度的国产导线实现了国际顶级水平的90.6T磁场,同等运行条件下,单位能量磁场和磁体寿命分别比国际最高水平高40%和23%;发明了场路耦合态调控技术,创造了64 T 脉冲平顶磁场世界纪录,将国际现有磁场重复频率提高两个量级;发明高冲击载荷下磁体稳定性技术,研制的磁体设计平台被国际同行广泛采用,单位能量磁场强度国际最高,磁体寿命远超国际水平;首创基于磁场时空分布特性调控的信噪比提升方法,发明毫米空间内多系统集成一体化测量技术,突破强干扰下微弱信号测量以及多电源多线圈磁体协同优化与调控的技术瓶颈,信号灵敏度和测量精度达到国际领先水平。

中国工程院院士、华中科技大学教授潘垣:“以强磁场来说,国内这个强磁场它的支持下,可以做出非常高精度的磁共振成像或核磁共振,他就在用来研究这个脑科学,而脑科学的研究是会支持人工智能,从基础上研究人工智能,研究认知科学,这是一个,另外生命健康,还有一个基于电子回旋共振的原理啊,研究什么呢,现在国际上还没有,大功率的太赫兹波源,再如核聚变。”

设施于2014年通过国家验收并对外开放运行,结束了我国相关研究长期依赖国外设施的历史。截止2020年底,设施累计开放运行55412小时,已为国内外97家高校和科研院所开展科学研究1258项,在高温超导、拓扑半金属、分子磁体、石墨烯等前沿研究领域取得丰硕成果,包括发现第三种规律的新型量子振荡等在内的一大批原创成果,并在Science、Nature子刊、PRL、JACS等高水平期刊发表SCI收录论文1030篇,有效推动了我国基础前沿学科的发展。基于设施建设中取得的一系列重大核心技术突破和实质性创新,设施于2019年获国家科技进步一等奖。

责编:齐雯

融媒体记者:余军  张亚晖

通讯员:陈刚  程远

编辑:周琛

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