中国正在建造一块破纪录的磁铁——但并非没有代价

中国正在建造一块破纪录的磁铁——但并非没有代价

中国现在拥有世界上最强大的电阻磁体，其产生的磁场比地球强80万倍以上。

9月22日，该磁体在中国科学院合肥物质科学研究院稳态强磁场装置（SHMFF）中保持了42.02特斯拉的恒定磁场。这一里程碑以微弱优势打破了 2017 年佛罗里达州塔拉哈西美国国家高磁场实验室 (NHMFL) 的电阻磁铁创下的 41.4 特斯拉纪录。电阻磁铁由缠绕的金属线组成，在世界各地的磁铁系统中使用。

来自中国的记录保持者为制造能够保持更强磁场的可靠磁铁奠定了基础。德国德累斯顿高场实验室的物理学家 Joachim Wosnitza 表示，这将使研究人员获得令人惊讶的新物理见解。

这种向国际用户开放的电阻磁体是中国对全球产生更高磁场的努力的第二个重大贡献。 2022 年，SHMFF 的混合磁体将电阻磁体与超导磁体相结合，产生了 45.22 特斯拉的磁场，被认为是世界上最强大的工作永磁体。

研究工具

高场磁铁是揭示先进材料隐藏特性的有用工具，例如 超导体 – 在极低温度下导电而不损失热量的材料。法国格勒诺布尔国家强磁场实验室的固态物理学家马克·亨利·朱利安 (Marc-Henri Julien) 表示，高场还提供了发现全新物理现象的机会。 “你可以创造或操纵新的物质状态，”朱利安解释道。

英国剑桥大学固态物理学家亚历山大·伊顿表示，高场对于基于非常灵敏的测量的实验也很有用，因为它们提高了分辨率，并且更容易检测微弱的现象。 “每增加一辆特斯拉都比上一辆好得多，”他补充道。

SHMFF 专门研究高磁场的物理学家广利解释说，该团队花了数年时间修改磁铁以达到最新记录。 “实现这一目标并不容易，”他说。

可靠但昂贵

沃斯尼察解释说，电阻磁体是一种较旧的技术，但与较新的混合和全超导磁体相比，可以更长时间地维持磁场。它们的磁场也可以更快地增加，使它们成为多功能的实验工具。 “你只需转动一个开关，几分钟内就能从零特斯拉变为高​​磁场，”他说。

伊顿说，电阻磁铁的一大缺点是功耗高，这使得它们价格昂贵。因此，SHMFF 的电阻磁铁吸收了 32.3 兆瓦的电力，创造了破纪录的磁场。 “你必须有一个非常充分的科学理由来证明这种资源的合理性，”伊顿解释道。

这一挑战正在推动开发混合型全超导磁体的竞赛，这种磁体可以用更少的能量产生高磁场。 2019 年，NHMFL 研究人员制造了一种小型化、概念验证的超导磁体，它可以短暂地 45.5 特斯拉的磁场 维护，目前正在开发更大的 40 特斯拉超导磁体用于实验。 SHMFF 的团队正在建造一个具有 55 特斯拉的混合磁铁。 NHMFL 磁性科学与技术联合负责人、工程师 Mark Bird 解释道，尽管这些新型磁铁的运行成本预计将低于其电阻式前代磁铁，但它们也面临着自己的挑战：制造成本更高，并且需要复杂的冷却系统。 “该技术仍在开发中，成本尚不清楚，”伯德说。