我國為什麼要研製強磁源？

據悉， 中科院合肥強磁中心所研製的“世界第二強”強磁源已經於2017年2月順利結題。 該專案所研製的磁場強度高達40萬高斯， 位居世界第二， 而目前的世界紀錄為45萬高斯。 既然國外已經有人做出了世界第一強的磁場源， 那麼為什麼我國仍要繼續研發一個“世界第二”的強磁源呢， 其意義何在呢？

據中科院合肥物質科學研究院院長匡光力透露， 現在所研製的混合磁體裝置是由一個能產生30萬高斯的穩態磁場水冷磁體和一個能產生10萬高斯的穩態磁場的超導磁體組成（如圖1）。 雖然從數學上來說， 30+10=40只是一個簡單的數學運算，

也簡單地遵從著磁場的疊加定理， 但是由於如此強的兩個磁體相組合， 它們之間存在著如此強大的相互作用力。

（圖片來自皖江新興產業技術發展中心 新聞網）

混合磁體磁感應強度趨勢圖（混合磁體的磁感應強度由超導磁體和水冷磁體疊加而成）

只要在組合的過程中， 兩個磁面重合稍微有一點點偏差， 就會對磁體產生噸級以上的作用力， 這樣的“互相傷害”很容易使得兩塊磁體受損甚至報廢。

混合磁體裝置（圖片來自網路）

上面所提到的兩個核心器件之一的水冷磁體是用“水”來冷卻的磁體，

它為什麼能夠產生高達30萬高斯的磁場呢？打個比方來說就是， 一根通電的直導線周圍會產生一定的磁場， 如果我們將該導線製成一圈環， 那麼就會發現環周圍的磁場強度相對於之前的直導線所產生的磁場強度更強， 更集中；更進一步， 如果我們將環數升至100圈， 那麼該磁場強度將比一圈環強近100倍。 而水冷磁鐵就是根據類似的原理製成， 只不過水冷磁鐵是利用的“比特片”來替代“線圈”， 在比特片產生磁場的同時要產生大量的熱量， 所以就需要大量的水來冷卻磁體， “水冷磁體”由此而得名。

（圖片來自網路）

左圖為單塊比特片， 右圖為多塊比特片堆積而成， 可有效的實現磁場的疊加。

另外一個核心器件——超導磁體， 是利用低溫世界中的超導體在其臨界溫度以下無電阻特性， 在超導體內通一定強度的電流， 那麼將會產生源源不斷的高強度的穩磁場。 當然， 超導磁體不像水冷磁體一樣“吃水”， 超導磁體要吃大量的液氮， 因為超導體要想進入超導狀態，

必須要靠液氮來冷卻至超導臨界溫度以下。

雖然強磁源的專案已經通過驗收， 但是我國仍要不斷地自主研發更高強度的強磁源， 因為高強度的強磁源可以誘導微觀世界中粒子的新物態的產生。 最為出名的就是1985年的物理諾貝爾物理學獎授予了德國的物理學家馮·克利青， 因為他發現整數量子霍爾效應， 而這個發現就是在強磁場中實現的。 強磁源的研發不僅對於物理上的學術研究有極為重要的幫助， 甚至在其它方面， 比如醫學上的核磁成像技術上也有著重要應用。