中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心的磁體大廳內(nèi)，28名來自北京大學(xué)物理學(xué)院的學(xué)生盯著眼前高6米的“龐然大物”討論得熱火朝天�！斑@是我們北大物理學(xué)院赴安徽合肥進(jìn)行‘大思政課’社會(huì)實(shí)踐的第一站，同學(xué)們都知道這里十幾天前誕生了一項(xiàng)全新的世界紀(jì)錄，他們不僅為祖國驕傲，更是對(duì)此充滿著好奇�！睅ш�(duì)老師、北京大學(xué)物理學(xué)院研究員賈爽說。

　　這到底是一項(xiàng)怎樣的世界紀(jì)錄？背后又有哪些不為人知的故事？

　　　45.22萬高斯意味著什么

　　8月12日，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置”實(shí)現(xiàn)重大突破，其混合磁體產(chǎn)生了45.22萬高斯，即45.22特斯拉(T)的穩(wěn)態(tài)磁場。由多位中國科學(xué)院院士、中國工程院院士組成的專家組鑒定認(rèn)為，該成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

　　45.22萬高斯，該怎么理解這個(gè)對(duì)于普通人來說有點(diǎn)陌生的數(shù)字？“做一個(gè)通俗的類比：地球本身就是一個(gè)磁體，它表面的磁場約等于0.5高斯——這0.5高斯的磁場就可以撬動(dòng)指南針，讓指南針的指針從任何方向準(zhǔn)確地旋轉(zhuǎn)指向南方�！敝袊�科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心學(xué)術(shù)主任匡光力研究員說，“換句話說，45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)磁場相當(dāng)于地球磁場的90多萬倍�！�

　　更為引人關(guān)注的是，這是一項(xiàng)中國創(chuàng)造的全新世界紀(jì)錄。原世界紀(jì)錄的保持者是美國。

　　1999年，美國國家強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室中的混合磁體產(chǎn)生了45萬高斯的穩(wěn)態(tài)磁場，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄，并入選“吉尼斯世界紀(jì)錄大全”。23年過去，雖然全世界各大穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室一直在努力嘗試，可45萬高斯的紀(jì)錄卻再也沒有被打破。

　　據(jù)了解，強(qiáng)磁場是現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)最重要的極端條件之一，能夠催生很多重大發(fā)現(xiàn)，世界科技強(qiáng)國一直都非常重視強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，如美國、法國、荷蘭、日本等。曾經(jīng)很長一段時(shí)間里，我國強(qiáng)磁場領(lǐng)域幾乎一片空白，這成為制約科技進(jìn)步的一塊短板。

　　2008年，位于合肥科學(xué)島的國家大科學(xué)裝置穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置開工建設(shè)，2017年通過國家驗(yàn)收。該裝置一共包括10臺(tái)磁體：5臺(tái)水冷磁體、4臺(tái)超導(dǎo)磁體和1臺(tái)混合磁體。其中，混合磁體是國際上技術(shù)難度最高的磁體，也是能夠產(chǎn)生最高穩(wěn)態(tài)磁場的磁體�！�2016年，我們就自主研制成功中心場強(qiáng)40萬高斯的混合磁體，一舉躋身世界第二。這次能打破塵封23年的世界紀(jì)錄，是我們多年來矢志不移堅(jiān)持自主創(chuàng)新的結(jié)果�！笨锕饬φf。

　　　起步雖晚，勇攀高峰

　　勇攀科技高峰的腳步從未停歇。

　　雖然起步時(shí)間晚，我國穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置僅用8年左右的時(shí)間，就研制出了繼美國之后世界第二臺(tái)40特斯拉級(jí)的混合磁體。從2016年年底開始，“全面掌握高場磁體研制關(guān)鍵核心技術(shù)，在祖國的大地上創(chuàng)造最高穩(wěn)態(tài)磁場”便成了團(tuán)隊(duì)心中的一個(gè)火種。

　　“產(chǎn)生更可能高的磁場，是全世界強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室首要的科學(xué)任務(wù)。近六年的時(shí)間里，我們共經(jīng)歷過三次大的失敗，小的挫敗就更不用說了�！蓖�日失敗的情景，匡光力依然歷歷在目。

　　2017年底，團(tuán)隊(duì)將磁場強(qiáng)度由40T提高到了42.9T。2019年，這個(gè)數(shù)字被提高到了43.9T，距離沖擊世界紀(jì)錄看似僅一步之遙，卻都以失敗告終。

　　最讓人揪心的事發(fā)生在2021年4月，混合磁體達(dá)到40T后，相關(guān)數(shù)據(jù)便停滯不前，第三次沖擊就這樣以令人沮喪的結(jié)果收?qǐng)觥?/p>

　　“尤其是在第三次失敗后，對(duì)大家打擊很大�！敝袊�科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心副研究員房震告訴記者，混合磁體由內(nèi)水冷磁體和外超導(dǎo)磁體組合而成，此次混合磁體性能提升的關(guān)鍵在于水冷磁體。為此，團(tuán)隊(duì)成立了“混合磁體關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)小組”和“高場磁體技術(shù)青年創(chuàng)新突擊隊(duì)”，再次向世界紀(jì)錄發(fā)起沖鋒。

　　在詳細(xì)分析了以往沖擊世界紀(jì)錄失敗的原因之后，針對(duì)混合磁體性能提升，大家得出了統(tǒng)一結(jié)論：必須對(duì)內(nèi)水冷磁體中高場線圈技術(shù)進(jìn)行根本性的革新，才能保證混合磁體邁過45T這一大關(guān)。很快，團(tuán)隊(duì)提出了一套創(chuàng)新性的技術(shù)方案。

　　攀登世界科技高峰的道路也絕非坦途。本次新的高場線圈設(shè)計(jì)采用了多項(xiàng)深層次的創(chuàng)新技術(shù)，即使是很細(xì)微的創(chuàng)新，從構(gòu)想變成現(xiàn)實(shí)，都會(huì)遇到不小的挑戰(zhàn)。

　　房震坦言，攻關(guān)小組和青年創(chuàng)新突擊隊(duì)成立以來，他時(shí)常會(huì)沉浸在新舊方案的對(duì)比之中，為了某一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新工作到半夜也是家常便飯�！按蠹也粩鄡�(yōu)化流程，不放過任何一個(gè)小問題，全力保障即將到來的混合磁體沖高實(shí)驗(yàn)�！狈空鹫f。

　　　最強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場逐漸浮出水面

　　2022年夏。氣象數(shù)據(jù)顯示，全國多地都在經(jīng)歷自1961年有完整氣象記錄以來的最強(qiáng)高溫。此時(shí)，最強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場也在科研人員汗流浹背的努力下，逐漸浮出水面。

　　具有決定性意義的實(shí)驗(yàn)，發(fā)生在7月15日下午。

　　“當(dāng)天的聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場像極了觀看一場體育比賽�！焙芏嘣趫鋈藛T在事后回憶。

　　1萬安培、2萬安培……所有參數(shù)保持正常穩(wěn)定。電流每增加1萬安培，穩(wěn)態(tài)磁場都會(huì)上一個(gè)臺(tái)階，這時(shí)候一般也會(huì)停頓十幾秒。“停頓是為了看磁場狀態(tài)穩(wěn)不穩(wěn)，說實(shí)話每當(dāng)停頓時(shí)，都挺煎熬的。”強(qiáng)磁場科學(xué)中心磁體部主任陳文革研究員說，直到電流上到了3萬安培，他的心才稍微緩和了一點(diǎn)。不一會(huì)兒，中控大廳的屏幕上最終出現(xiàn)了“混合磁體總場強(qiáng)：45.2T”的字樣，現(xiàn)場的歡呼聲與掌聲一時(shí)間此起彼伏。

　　“可以說，突破的關(guān)鍵還是我們對(duì)水冷磁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較深層次的改進(jìn)，能夠很好地平衡電磁力�！敝袊�科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心研究員陳思躍說，這次沖擊世界紀(jì)錄的成功，得益于團(tuán)隊(duì)的10多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，其中包括中心線圈尺寸與磁場貢獻(xiàn)的優(yōu)化、新絕緣材料的使用、水冷槽工藝的改進(jìn)以及液壓技術(shù)的采用等等。

　　當(dāng)天實(shí)驗(yàn)的種種跡象表明，高于45T的數(shù)據(jù)可以重復(fù)，這次實(shí)驗(yàn)給了團(tuán)隊(duì)極大的信心。在接下來近一個(gè)月的時(shí)間里，團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了多輪的可重復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終在8月12日上午舉行的專家鑒定會(huì)上，混合磁體產(chǎn)生了45.22T的穩(wěn)態(tài)磁場，一舉打破了塵封23年的世界紀(jì)錄。

　　“實(shí)現(xiàn)45.22T的穩(wěn)態(tài)磁場，意味著人類操控磁場的能力達(dá)到新高度，讓科學(xué)家做研究時(shí)看得更準(zhǔn)、更清晰�！睂�(duì)于其中的難度，中國科學(xué)院院士葉朝輝打了一個(gè)形象的比方：“人類目前的百米紀(jì)錄是9秒58，這是不是人類的極限還無法確定，但在此基礎(chǔ)上哪怕縮短0.01秒，都是難度極大的事�！�

　　葉朝輝說：“就像穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場，達(dá)到45T以后，在此基礎(chǔ)上每提升一點(diǎn)點(diǎn)，都需要大量的工作，不僅包括材料、技術(shù)、工藝、能源保障等方面的改進(jìn)，更需要研究和設(shè)計(jì)思路上的創(chuàng)新，這就是核心競爭力�！�

　　　“國之重器”，未來可期

　　“作為推動(dòng)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的‘利器’，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)條件對(duì)物理、化學(xué)、材料、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究，都具有重要作用。”匡光力介紹，物理學(xué)家克勞斯·馮·克利青就因1980年在法國強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)而獲得了1985年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　就在合肥科學(xué)島穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場刷新世界紀(jì)錄的第三天，美國國家強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室主任Greg Boebinger發(fā)來賀信：“全球范圍內(nèi)對(duì)于只能在超強(qiáng)穩(wěn)態(tài)磁場下才能完成的精密實(shí)驗(yàn)的需求與日俱增，看到貴實(shí)驗(yàn)室擁有了能為用戶提供45.22T穩(wěn)態(tài)磁場的混合磁體，我們感到很高興�！彼�在接受媒體采訪時(shí)表示：“這是一群優(yōu)秀的工程師和科學(xué)家取得的一項(xiàng)里程碑式的成就�！�

　　“大科學(xué)裝置具有鮮明的科學(xué)和工程雙重屬性，我們現(xiàn)在的混合磁體產(chǎn)生了全球范圍內(nèi)目前可支持科學(xué)研究的最高穩(wěn)態(tài)磁場，可以為接下來很多學(xué)科領(lǐng)域的課題研究，提供更好的實(shí)驗(yàn)條件�！笨锕饬φf。

　　穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行人員告訴記者，裝置的用戶一直有對(duì)更高磁場強(qiáng)度的需求，此次磁場強(qiáng)度創(chuàng)造新高以后，實(shí)驗(yàn)用戶們也都很興奮。復(fù)旦大學(xué)物理系教授張遠(yuǎn)波說：“此次合肥穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場的進(jìn)一步提升，讓我們在‘家門口’就能用上頂級(jí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，未來有望幫助團(tuán)隊(duì)在量子材料領(lǐng)域獲得更多新發(fā)現(xiàn)�！蹦壳�，裝置運(yùn)行人員正在安排用戶陸續(xù)開展混合磁體上的實(shí)驗(yàn)。

　　“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置作為新時(shí)代建成的‘國之重器’，未來將繼續(xù)發(fā)揮重要作用�！笨锕饬φf。