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重大科技基础设施验收:向世界第一稳态磁场挺进

导读: 今年2月,专家组在中国科学院强磁场科学中心完成对混合磁体工艺测试验收,这也意味着中心顺利完成国家“十一五”重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”混合磁体的各项建设任务。

今年2月,专家组在中国科学院强磁场科学中心完成对混合磁体工艺测试验收,这也意味着中心顺利完成国家“十一五”重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”混合磁体的各项建设任务。

从2008年5月40T稳态强磁场项目启动,到2011年7月试验磁体通电测试成功,国内首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体研制完成;到2016年11月,混合磁体大口径外超导磁体研制成功,获得10特斯拉磁场,成为国际超导磁体技术发展的一个重要成功案例;再到外超导磁体和内水冷磁体成功合体,产生40特斯拉磁场强度,成为国际磁场强度第二高的稳态磁体装置——8年时间里,强磁场人完成了一个又一个跨越,但只有他们心里清楚自己经历了怎样的煎熬,收获了多少悲与喜,以后的路又在何方。

选择困难的混合磁体

混合磁体由内部水冷磁体和外部超导磁体组合而成。其中,水冷磁体必须解决材料和结构的优化选择、巨大电磁力和严峻的发热问题;超导磁体孔径巨大,导体的材料选择、结构选择和磁体生产工艺都是技术难题。

中国科学院合肥物质科学研究院院长、强磁场科学中心主任匡光力介绍道,此前,世界上没有如此大型的铌三锡超导磁体装置能够产生10特斯拉稳态磁场,也没有能产生10特斯拉稳态磁场的超导磁体装置能够达到如此大的口径。

不仅磁体本身是个挑战,与之配合的数千万瓦级的稳态直流电源系统、低温冷却系统、去离子水冷却系统等均是一个个不容置疑的难关。

比如,低温阀箱是一个集真空环境、低温液氮容器(液氮槽工作温度77K)、低温液氦容器(过冷槽工作温度4.5K)、一对16KA高温超导电流引线和13个WEKA低温阀门于一身的十分特殊的非标压力容器。“其设计历时五年,绘制图纸1170余张,在约1.5立方的狭窄空间里累计使用各种规格管材累计总长2460米,阀箱总共焊缝数量5811条。”强磁场科学中心研究员、磁体科学与技术部副主任欧阳峥嵘告诉《中国科学报》记者。

此前,国际上已有多个大型高场超导磁体因技术问题而失败,而我国在高场超导磁体技术方面原有基础薄弱。“混合磁体又是国际上追求更高稳态极端场强的首选,选择了它就注定选择与困难结缘。”强磁场科学中心研究员陈文革说。

与强磁场同喜同忧

为了安全,超导磁体组决定先研制一款磁场强度低、口径小,但选材、加工工艺完全相同的试验磁体,试验磁体在2011年7月份通电测试成功,它是国内首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体。

研制人员首次获得莫大的喜悦与鼓励,坚信“国产”高场混合磁体必能成功。同时据相关人员回忆,当时的通电测试过程“无数次的测试与调整,让通电过程变得异常煎熬漫长”。

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