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中国成第四个拥有脉冲强磁场实验装置国家

行业聚焦点中国仪表网2014年10月30日 09:16人气:5053

  【中国仪表网 行业聚焦点】近日,我国重大科技项目“脉冲强磁场实验装置”顺利通过验收,并正式投入运行。该装置采用我国自主自主研发的“多时空脉冲强磁场成形制造技术”,实现金属零部件的整体单次成形,可被广泛应用于航空、航天、兵器工业、汽车制造、仪表仪器等诸多领域。


  2014年10月23日,在华中科技大学进行了我国“十一五”期间部署建设的国家重大科技基础设施项目之一——脉冲强磁场实验装置的验收工作。我国由此成为继美、德、法之后第四个拥有大型脉冲强磁场实验装置的国家。
  
  目前,强磁场与极低温、超高压等被列为现代科学实验最重要的极端条件之一。脉冲强磁场技术是产生强磁场的重要技术,建设脉冲强磁场实验装置可为凝聚态物理、材料、磁学、化学、生命与医学等领域科学研究提供理想的研究平台。
  
  负责此次验收工作的来自教育部、科技部、发展改革委、湖北省等32位专家组成的验收委员会一致认为,脉冲强磁场实验装置总体性能达到国际先进水平,部分指标实现了国际领先,已成为国际上最好的脉冲强磁场装置之一。
  
  据了解,华中科技大学2008年开始建设的脉冲强磁场实验装置项目,经过7年的时间,通过自主创新,在脉冲磁体分析设计、脉冲功率电源、低温制冷等关键技术上取得突破,使我国掌握了脉冲强磁场装置核心技术。
  
  “简单来讲,这就相当于提供了一个极端环境下的实验平台。”华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心(筹)主任李亮介绍说,强磁场被列为现代科学实验最重要的极端条件。大多数科学效应的显现都与磁场强度有关:磁场强度越高,效应就会越明显,有些科学效应甚至只有在强磁场环境中才会显现。
  
  该项目技术总监、中国工程院院士潘垣介绍说,脉冲强磁场技术不仅能满足前沿基础研究的需要,且在航空航天、新能源等行业有着广泛的应用。据介绍,近30年来,与强磁场相关的诺贝尔奖项达到10个,涵盖物理、材料、化学、生物和医学多个领域。
  
  据了解,“特斯拉”是国际上用以衡量磁场强度的单位。2013年8月6日,国家脉冲强磁场科学中心成功实现了90.6特斯拉的峰值磁场,再一次刷新我国脉冲磁场的最高强度纪录,使我国成为继美国、德国后世界上第三个突破90特斯拉大关的国家。
  
  目前已通过竣工验收的脉冲强磁场实验装置,不仅拥有可达到90.6特斯拉磁场强度的系列脉冲磁体,还配备了低温、高静压、光源等其它实验条件,建有电输运、磁特性、磁光特性、压力效应、极低温、电子自旋共振、核磁共振等多个科学实验站,可为脉冲强磁场下物理、材料、化学、生命与医学等领域科学研究提供理想的研究平台。
  
  “看起来就像气功一样,当我们用电源驱动一个脉冲强磁场时,在100毫米的直径范围内,可产生500吨的电磁感应力,瞬间改变对象的形态。”李亮指着一件厚6毫米、直径600毫米的喇叭状金属管说,“利用脉冲强磁场成形装置,将一块金属圆板塑成这个形状,只需要一道工序、十几毫秒、0.001度电。”
  
  这种技术被称为“多时空脉冲强磁场成形制造技术”,是李亮团队依托该中心自主研发的电源、磁体和控制技术,在全球首先提出并成功研发的。其原理在于,在脉冲强磁场环境中,线圈与金属材料相互作用,能产生极大的洛仑兹力,将坚硬的金属材料“百炼钢化为绕指柔”,在1至2毫秒的时间内塑造成特定的形状。
  
  “这种技术不仅高效,且成本大幅降低,过程更为可控,成形面积更大,可成形样式更复杂,实现金属零部件的整体单次成形,避免了有缝拼接对零部件性能的破坏,可被广泛应用于航空、航天、兵器工业、汽车制造、仪表仪器等诸多领域。”脉冲强磁场实验装置技术副总监姚凯伦说。
  
  此外,李亮团队在永磁装备充磁方面也取得了革命性突破。永磁材料被广泛应用于风力发电机、磁共振成像等。中心将专门的充磁夹具或充磁线圈集成在永磁设备上,不仅可以实现先拼装后整体充磁,再次充磁时也无需拆卸永磁块,只需接上电源再次放电即可,大幅降低了装配难度,提高了充磁效果,让大型永磁设备的充磁就像手机充电一般方便。此外,脉冲强磁场的相关衍生技术还可应用于磁制冷、磁治疗等多个领域,成为我国经济社会发展的重要推动力量。
  
  “我们可以用常规的、廉价的导体实现美国用价格高昂的导体达到的同样质量的脉冲磁体,成本不到美国和德国同类磁体1/10。”李亮不无骄傲地说:“产生90.6特斯拉磁场强度的磁体、电源、控制系统等全套装置均为中心自主开发研制”。有国外专家如此评价:“你们用1.3亿人民币做了1.3亿美元的事情。”
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