近日，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)研制出中心磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)35.6特斯拉的全超導(dǎo)磁體，成為目前全球物質(zhì)科學(xué)研究領(lǐng)域，唯一能提供30特斯拉以上穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的全超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。
這塊創(chuàng)紀(jì)錄的“超級(jí)磁鐵”，到底有多強(qiáng)？又能做什么呢？
什么是全超導(dǎo)磁體
了解全超導(dǎo)磁體，得先搞懂超導(dǎo)現(xiàn)象。
1911年，荷蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，汞被冷卻到接近絕對(duì)零度（-273.15攝氏度）時(shí)，電阻會(huì)突然消失，這就是超導(dǎo)現(xiàn)象。
后來(lái)，科學(xué)家找到更多能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的材料，用這些材料做成的磁體，就是超導(dǎo)磁體。
不過(guò)早期的超導(dǎo)磁體，只能產(chǎn)生中等強(qiáng)度的磁場(chǎng)，為了得到更強(qiáng)的磁場(chǎng)，科學(xué)家想出了兩個(gè)辦法——
一個(gè)是給超導(dǎo)磁體外加一層常規(guī)導(dǎo)體磁體，做成“混合磁體”。這種磁體磁場(chǎng)能變高，但特別費(fèi)電，磁場(chǎng)還不穩(wěn)定。
另一個(gè)就是研制全超導(dǎo)磁體，它完全由超導(dǎo)材料做成，沒(méi)有任何常規(guī)導(dǎo)體。
“因?yàn)闆](méi)有常規(guī)導(dǎo)體，全超導(dǎo)磁體也就沒(méi)有電阻熱效應(yīng)和電磁干擾，磁場(chǎng)的均勻性、穩(wěn)定性直接拉滿(mǎn)，能源效率也大幅提升?！敝袊?guó)科學(xué)院物理研究所王利邦博士打比方說(shuō)，如果超導(dǎo)磁體是燃油汽車(chē)，那全超導(dǎo)磁體就是純電動(dòng)跑車(chē)，動(dòng)力更強(qiáng)，還更節(jié)能。
全超導(dǎo)磁體有多強(qiáng)
全超導(dǎo)磁體對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度、穩(wěn)定度、均勻度，還有有效口徑、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性，要求都特別苛刻。之前美國(guó)、日本的科研團(tuán)隊(duì)，研制全超導(dǎo)磁體沖擊峰值時(shí)，都因?yàn)椤笆С被蛘邿峁芾韱?wèn)題失敗了。
我國(guó)這臺(tái)全超導(dǎo)磁體，用了特殊的高溫超導(dǎo)帶材，能在極端條件下保持超導(dǎo)狀態(tài)，才造出了35.6特斯拉的穩(wěn)定強(qiáng)磁場(chǎng)。
“這個(gè)數(shù)字或許有點(diǎn)抽象，對(duì)比一下其實(shí)更好理解它的強(qiáng)悍?！蓖趵钆e例說(shuō)，地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度約0.00005特斯拉，這臺(tái)磁體是它的70多萬(wàn)倍；冰箱貼的磁場(chǎng)約0.01特斯拉，要疊3560個(gè)冰箱貼，才能達(dá)到它的強(qiáng)度；醫(yī)院里的核磁共振，磁場(chǎng)一般是1.5到3特斯拉，它比醫(yī)院里最強(qiáng)的磁共振設(shè)備還要強(qiáng)十幾倍……
“超級(jí)磁鐵”有啥用
“超級(jí)磁鐵”可不是實(shí)驗(yàn)室里的花瓶，而是能撬動(dòng)多個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的“關(guān)鍵先生”，不管是科研、醫(yī)療，還是能源領(lǐng)域，它都能大顯身手。
在科研領(lǐng)域，它是探索微觀世界的“超級(jí)顯微鏡”。
強(qiáng)磁場(chǎng)能幫科學(xué)家看清物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和量子行為，解鎖高溫超導(dǎo)、拓?fù)浣^緣體這些前沿科學(xué)的奧秘，還能為量子計(jì)算、新型材料研發(fā)鋪好路。
在醫(yī)療領(lǐng)域，它是疾病診斷的“火眼金睛”。磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，核磁共振成像分辨率越出色。這臺(tái)磁體能夠捕捉傳統(tǒng)設(shè)備難以發(fā)現(xiàn)的微小病變，實(shí)現(xiàn)更早、更精準(zhǔn)的診斷，助力癌癥、阿爾茨海默病等疾病的早期篩查與精準(zhǔn)檢測(cè)。
在能源領(lǐng)域，它還是“人造太陽(yáng)”的超級(jí)磁籠。核聚變的等離子體溫度高達(dá)上億攝氏度，根本沒(méi)法用普通容器裝，而全超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，能牢牢把這些高溫等離子體約束住，為我們研發(fā)清潔又無(wú)限的核聚變能源，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“除此之外，它還能幫磁懸浮交通升級(jí)，讓列車(chē)跑得更快、更穩(wěn)；也能優(yōu)化高效儲(chǔ)能系統(tǒng)，讓能源存儲(chǔ)更節(jié)能?！蓖趵钫f(shuō)，全超導(dǎo)磁體還會(huì)繼續(xù)迭代升級(jí)，朝著更高磁場(chǎng)、更大孔徑、更低成本的方向發(fā)展，成為更多領(lǐng)域的“技術(shù)幫手”。
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