華南

歡迎來到極限的世界——

在這里，能實現(xiàn)94.8T的最高峰值磁場強(qiáng)度，這是世界第三高脈沖強(qiáng)磁場強(qiáng)度。瞬間沖頂時的驚鴻一瞥，在紀(jì)錄曲線上留下永恒。

T為“特斯拉”，是表征磁場大小的單位。我們生活的地球，磁場平均只有十萬分之五T。

在這里，磁性尺蠖軟體機(jī)器人以超過1倍身長/秒的移動速度在歡快地“跑動”，是目前報道最快的磁性尺蠖軟體機(jī)器人。

在這里，鋁和物性相差極大金屬間的冶金結(jié)合變?yōu)榭赡?，在?qiáng)磁場作用下可瞬間“粘合”，成為一種新型輕質(zhì)復(fù)合材料。

這里是位于華中科技大學(xué)的國家脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)中心（簡稱“強(qiáng)磁場中心”）。實現(xiàn)一項項“極限挑戰(zhàn)”的，是幾十位70后、80后，和如今越來越多的90后科研人員、工程師隊伍，還有他們親手設(shè)計、制造，親自安裝的實驗儀器、設(shè)備。

“工欲善其事，必先利其器”，在現(xiàn)代科學(xué)實驗中，強(qiáng)磁場與極低溫、超高壓一起，被列為最重要的極端條件，要產(chǎn)生更高強(qiáng)度的強(qiáng)磁場，就必須依靠一個“利器”——脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置。上世紀(jì)80年代后期，隨著高溫超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)，科研人員急需更高強(qiáng)度的強(qiáng)磁場實驗條件開展相關(guān)領(lǐng)域前沿科學(xué)研究，而此時歐美發(fā)達(dá)國家已建有30多個脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置。相比之下，由于我國長期缺乏此類裝置，科研人員做實驗要向國外實驗室申請，眾多急需開展的科學(xué)研究嚴(yán)重受制于人。

為了建設(shè)我國自己的脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置，14年前，武漢東湖畔，一支平均年齡不到35歲的青年科技隊伍站了出來。

開工11個月完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，三年開放實驗裝置，四年完成脈沖強(qiáng)度從60T到90T的跨越……14年間，從七八人的小團(tuán)隊到八九十人的大集體，從一無所有到世界領(lǐng)先，不斷迭代的青年科研工作者突破一個又一個“卡脖子”難題，長期戰(zhàn)斗在脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域最前沿。

他們設(shè)計、搭建的實驗裝置，在完成強(qiáng)磁場中心科學(xué)家們的實驗之外，完全面向全世界開放，供世界各地前來做實驗的團(tuán)隊使用。自2014年通過驗收、正式開放，至2020年底，強(qiáng)磁場中心近7年間累計開放運行時常超過55400小時，世界上20多個國家的科研人員前來進(jìn)行強(qiáng)磁場實驗，國內(nèi)外97家高校和科研院所的1258項科學(xué)研究在此完成，實現(xiàn)了我國強(qiáng)磁場實驗條件從“受制于人”到“授之與人”的跨越。

強(qiáng)磁場中心是一個獲得過諸多榮譽的集體，2018年獲湖北省科技進(jìn)步特等獎、2019年獲國家科技進(jìn)步一等獎。今年5月，在得知獲得第25屆中國青年五四獎?wù)录w時，大家格外高興，“這是屬于青年的榮譽，我們是一個年輕、團(tuán)結(jié)的集體”。

從無到有創(chuàng)建中國唯一脈沖強(qiáng)磁場中心

二十一世紀(jì)以來，隨著凝聚態(tài)物理、材料化學(xué)和生命科學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展，強(qiáng)磁場裝置地位越發(fā)重要。2001年，中國工程院院士、華中科技大學(xué)教授潘垣敏銳意識到，我國要想在相關(guān)科學(xué)研究領(lǐng)域進(jìn)入國際前列，就必須建設(shè)世界一流水平的脈沖強(qiáng)磁場裝置。各方幾經(jīng)努力，脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置建設(shè)提上日程。

從2004年7月開始，彭濤、丁洪發(fā)、夏正才、陳晉、韓小濤等一批華中科技大學(xué)的熱血青年陸續(xù)加入到脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置的籌備當(dāng)中，動筆起草項目申請書。

然而，要起草厚厚一本申請書，對于這群缺少經(jīng)驗的年輕人而言，實在是挑戰(zhàn)巨大?！爸荒苷襾砥渌椖可暾垥?，反復(fù)琢磨著寫，一字一句反復(fù)修改?！彼麄兓貞浀馈４蠹以缫延洸磺灏玖硕嗌賯€夜晚，經(jīng)歷了多少次的討論修改，唯一記得的是，即使困難重重，他們從不抱怨，也從沒想過放棄。

經(jīng)過大家的共同努力，2007年1月，華中科技大學(xué)國家脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置項目正式獲批立項。由一所大學(xué)承建國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，這在教育部高校中還是第一次。

在這些年輕人忙著寫立項申請書的時候，華中科技大學(xué)校友李亮回到闊別二十余年的母校，建設(shè)屬于中國的脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置。

回國后，李亮和這群年輕人一起，從“繞線圈”做磁體開始，從零開始全身心投入裝置建設(shè)。當(dāng)年剛剛讀博士研究生的呂以亮，在跟隨老師們學(xué)習(xí)的過程中，他不僅參與繞制了很多線圈，還在老師們身上看到了一種不畏艱辛、攻堅克難的科研精神。博士畢業(yè)時，呂以亮有很多選擇，但他放棄了企業(yè)的高薪工作，最終選擇加入強(qiáng)磁場中心?；叵氘?dāng)初的選擇，呂以亮說：“我不后悔自己的選擇，也非常榮幸能夠成為團(tuán)隊一員，能夠在強(qiáng)磁場中心為國家貢獻(xiàn)自己的一份力量，是一件非常有意義的事?！?p>

當(dāng)時強(qiáng)磁場中心大樓尚未破土，辦公條件非常艱苦，七八個老師、學(xué)生擠在兩間簡陋的實驗室里，尤其是未安裝空調(diào)之前，武漢漫長溽熱的盛夏里，支撐他們的只有一紙項目規(guī)劃和心中的夢想。

“2008年4月25日，脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置破土動工?！辈徽撨^去多少年，團(tuán)隊每個人說起這個日子都是脫口而出。對他們來說，脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置就像他們親手養(yǎng)大的孩子，每個人都為此付出了大量的心血和精力。

開工11個月后，中心的脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置樣機(jī)系統(tǒng)就已研制完成，當(dāng)年磁場強(qiáng)度能達(dá)到75T。也是這一年，韓一波在武漢大學(xué)光學(xué)專業(yè)獲理學(xué)博士學(xué)位后，來到強(qiáng)磁場中心?！半m然最初的規(guī)模很小，只有幾個年輕老師，以及一個只能放電的電容器，但它吸引我的是，這是中國自主建設(shè)的第一個脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置，給了我一個方向、有一個希望，這就足夠”。

希望如炬，脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置吸引一個又一個青年工程師、科研人員，既有華中科技大學(xué)成長起來的“土著”，也有來自國際知名科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)的海歸學(xué)子，他們從四面八方匯聚于此，共同朝著明亮的未來疾走。

2010年，脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置如期竣工，這是首個由教育部高校承建并按時通過驗收對外開放的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，填補了我國強(qiáng)磁場裝置的空白，為今后我國凝聚態(tài)物理、材料、化學(xué)、生命等前沿基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展提供了平臺支撐。

以85%國產(chǎn)核心部件，解決“卡脖子”問題

今年五一假期后第一個工作日，近1.5米高、近1米直徑的液氦制冷機(jī)連著氦氣回收裝置轟隆隆地響著，近百平方米的實驗室里被數(shù)個這樣的裝置和粗粗細(xì)細(xì)、縱橫交織的管子、氣囊塞滿。一位科研人員在轟鳴聲中守著電腦儀器，記錄測算。

常溫氦氣在裝置中浸泡冷卻，溫度降至4K，也就是零下269.15℃，成為低溫液氦。作為開展脈沖強(qiáng)磁場下電/磁輸運、整數(shù)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)和自旋電子學(xué)等前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究的重要條件，液氦溫區(qū)在脈沖強(qiáng)磁場實驗室必不可少。通過管道，這些液氦被分配到各個實驗室，實驗后，它們再升溫還原為氦氣，通過管道被回收至氣囊，經(jīng)過處理后循環(huán)利用?！拔覈べY源匱乏，依賴進(jìn)口，實驗用完的氦氣必須回收，再利用。這個循環(huán)裝置是我們自己設(shè)計、建造的。”強(qiáng)磁場中心工程師劉夢宇說。

沿著走廊再走不遠(yuǎn)，是韓一波團(tuán)隊設(shè)計、搭建的磁光實驗站。與初期只有一臺能放電的電源相比，現(xiàn)在的磁光實驗站由三部分組成，已頗具規(guī)模?！斑@個房間專門放激光器、探測器、光譜儀，隔壁房間是磁體，第三個房間做光學(xué)實驗。”韓一波介紹著，一臉滿足和自豪的笑意。因為實驗裝置有潔凈要求，非實驗人員不能隨意出入。韓一波隔著實驗室窗戶介紹著，“很多基礎(chǔ)性的實驗裝置搭建，在強(qiáng)磁場中心都由科學(xué)家來做。我們設(shè)計得非常非常細(xì)，一點點試著搭建完成，再調(diào)試到最好效果。這些幾百公斤重的實驗臺，都是我們自己抬進(jìn)去安裝好的”。從一間空屋子到一個裝備完善的實驗室，韓一波和工程師們花了四個多月。

這是強(qiáng)磁場中心的日常一天。在強(qiáng)磁場中心，實驗裝置每一塊電路板的設(shè)計圖、每一個零件都由科研工作者們自己繪制和安裝調(diào)試。

核心材料和技術(shù)，從來都是“卡脖子”的。強(qiáng)磁場中心團(tuán)隊從沒指望等、靠、要、買，他們自己設(shè)計器材，自己制造設(shè)備，自己搭建實驗室，85%以上的材料、部件都是國產(chǎn)。

磁體被視為強(qiáng)磁場裝置的心臟。做磁體，是用小指頭粗細(xì)的導(dǎo)線，繞成線圈，“接上2.5萬伏電壓，流過4萬安培瞬間電流，就可以產(chǎn)生幾十T脈沖磁場。但通電線圈會被磁體內(nèi)部應(yīng)力拉長和壓扁”。李亮說，磁體線圈承受的應(yīng)力，是“蛟龍”號在7000米海底承受壓強(qiáng)的50倍。

磁體質(zhì)量一定程度上決定強(qiáng)磁場實驗成敗。而且磁體繞制沒有“回頭路”，只能一次成功?！白龃朋w是手工繞線，繞線的方向、角度都會影響磁體質(zhì)量。國外實驗室都是工人繞線圈，我們是科研人員自己動手。”呂以亮說。

繞制線圈需要用到環(huán)氧樹脂，因其有強(qiáng)烈氣味且有一定毒性，科研人員需要穿上密不透風(fēng)的防護(hù)服和防毒面具。“為了節(jié)省穿脫時間，我們早上進(jìn)入工作間后，一上午就不出來，連水都不喝一口?！毕募荆俏錆h氣溫接近40℃，穿上防護(hù)服后更是熱得像蒸籠，最初車間里沒有空調(diào)，后來即便在工作臺旁邊安裝了立式空調(diào)，也效果甚微，“每次脫下防護(hù)服后仍舊渾身濕透，像剛從水里撈出來”，呂以亮說。

在青年科研團(tuán)隊的努力下，我國脈沖強(qiáng)磁場裝置的理論分析和研制水平迅速躍居世界前列?！袄盍林魅魏徒淌趥兲岢雒}沖磁體非連續(xù)性層間加固理論和工藝實現(xiàn)方法，解決了高參數(shù)脈沖磁體的力學(xué)穩(wěn)定性問題，大大提高了磁體的性能和壽命，降低了成本。”呂以亮說。

強(qiáng)磁場中心走廊盡頭的大車間里，立著兩臺繞線機(jī)，其中早已銹跡斑斑的那臺，“是中心科研人員自己設(shè)計、制造，已經(jīng)用了14年，現(xiàn)在還很好用”。呂以亮早已記不清多少個工作日站在這里繞線圈。

2007年至今，彭濤一直負(fù)責(zé)手工纏繞磁體。從線圈的紋路和顏色，有經(jīng)驗的人能從中看出瑕疵。瑕疵讓線圈更早崩潰。“如果浸泡樹脂不夠充分，反光不同?！迸頋f，他常?！白鰤舳荚诶@磁體”，生怕出一點差錯。目前強(qiáng)磁場中心常規(guī)使用的65T脈沖磁體平均壽命超過800次，遠(yuǎn)超國際同行350次至500次的水平。

科研經(jīng)費有限、導(dǎo)體材料不是世界最好，怎樣把強(qiáng)磁場實驗室搭建好，強(qiáng)磁場中心團(tuán)隊費盡心思。不同科學(xué)研究需要不同的磁場波形，為了提高裝置運行效率，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)人韓小濤教授把整個裝置設(shè)計成模塊化結(jié)構(gòu)，由一套中央控制系統(tǒng)精準(zhǔn)控制多類電源、多個實驗站?！斑@可以實現(xiàn)在同一科學(xué)實驗站的同一磁體上產(chǎn)生多種磁場波形，大幅提升我國脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置的實驗效率。”

在裝置建設(shè)過程中，團(tuán)結(jié)奮進(jìn)非常重要。“我們擁有一個團(tuán)結(jié)的集體。我和韓小濤、彭濤、丁洪發(fā)幾位教授，從創(chuàng)始期就在一起，雖然各有分工，但始終團(tuán)結(jié)一致。這個過程中遇到太多困難，有的甚至當(dāng)時看上去難以逾越，但我們從來沒有說過‘不字。困難面前，我們敢于站出來，去克服、去突破，最后我們成功了?！崩盍琳f。

強(qiáng)磁場中心中控大廳，大小不一的八塊顯示屏鑲嵌在墻體里，每塊負(fù)責(zé)記錄不同類型的實驗數(shù)據(jù)。韓一波說，“脈沖強(qiáng)磁場是瞬間消失的磁場，實驗要在一瞬間把需要的信號采集好，特別困難，這個難度跟常規(guī)實驗難度不一樣”。

脈沖磁體的設(shè)計需要結(jié)合電、磁、熱、力等多物理量的計算結(jié)果進(jìn)行綜合優(yōu)化，李亮、彭濤等人開發(fā)了脈沖磁體專用設(shè)計平臺PMDS。法國圖盧茲國家強(qiáng)磁場實驗室奧列克西·德拉琴科博士曾在一次接受采訪時表示，PMDS是一款功能強(qiáng)大、使用方便的優(yōu)秀軟件，它可實現(xiàn)脈沖磁體許多參數(shù)的計算，還可簡便地進(jìn)行線圈幾何結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線和加固材料層數(shù)等變量的設(shè)計。計算包括電感、磁場、脈沖寬度、均勻度、應(yīng)變應(yīng)力分布、溫度分布等電參數(shù)和機(jī)械參數(shù)，最后還能指導(dǎo)磁體研制所需材料的訂購?！拔艺J(rèn)為PMDS可讓一大批科學(xué)家和工程師參與脈沖磁體設(shè)計，這是將磁體設(shè)計水平推向新高度的重大成績?！?/p>

目前，中國自主研發(fā)的脈沖磁體設(shè)計平臺PMDS已被歐盟第六框架項目“下一代脈沖磁場用戶設(shè)施的設(shè)計研究”采納為磁體設(shè)計工具，為德國、法國、英國、荷蘭等多個國家強(qiáng)磁場實驗室共同開展下一代脈沖磁體研究提供支撐。

十余年來，強(qiáng)磁場中心團(tuán)隊持續(xù)攻關(guān)，最終建成國際領(lǐng)先的脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置：建有12個三種類型的系列脈沖磁體，最高場強(qiáng)達(dá)到94.8T，位居世界第三、亞洲第一；電容儲能型、脈沖發(fā)電機(jī)型、蓄電池型三種電源，電源種類最為齊全，整個電源系統(tǒng)的經(jīng)費投入僅為美國同類設(shè)備的十分之一；電輸運、磁特性、磁光特性、電子自旋共振等8個科學(xué)實驗測試系統(tǒng)，部分測量精度達(dá)到國際領(lǐng)先水平；中央控制系統(tǒng)實現(xiàn)了多種電源、多級磁體和多個科學(xué)實驗站的協(xié)同工作及精確時序控制，達(dá)到國際同類裝置的領(lǐng)先水平；低溫系統(tǒng)的液氦回收裝置，每年回收的氦氣相當(dāng)于節(jié)約五、六百萬元實驗消耗。

現(xiàn)在，華中科技大學(xué)強(qiáng)磁場中心是國內(nèi)唯一的大型脈沖強(qiáng)磁場科研基礎(chǔ)條件平臺，并已成為世界四大脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)中心之一。

依靠自身力量，強(qiáng)磁場中心實現(xiàn)了從跟跑到超越的快速發(fā)展，卻從未固步自封，“開放平臺，世界共享”是強(qiáng)磁場中心成立之初定下的理念，也是科研人員的共識。

“我們的裝置已為97家科研單位提供了1258項科學(xué)研究服務(wù)，裝置開放運行及成果產(chǎn)出與世界最高水平實驗室相當(dāng)?！痹谕瓿裳b置的建設(shè)任務(wù)后，韓小濤等人又開始積極推動裝置的開放運行。

“很多科學(xué)家為了搭建實驗裝置，犧牲了自己的科研時間，前幾年都沒有出成果。但這個裝置搭建完畢，自己試驗完成后，會免費向全世界開放?！眳我粤琳f。

“看到其他科研機(jī)構(gòu)能夠在我們搭建的裝置里完成實驗，得到高質(zhì)量的結(jié)果，我特別高興?！币驗槊τ趯嶒炇以O(shè)計、建設(shè)，韓一波前幾年科研成果很少，他坦言那段時間會焦慮，但信念從未動搖，開放的心態(tài)也從未改變。

三次“沖頂”，躋身國際一級強(qiáng)磁場實驗室行列

二十世紀(jì)初，世界迎來它的“磁場時代”。自1913年以來，包括量子霍爾效應(yīng)、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、磁共振成像和第二類超導(dǎo)體等與磁場有關(guān)的諾貝爾獎有19項。

極高強(qiáng)度的脈沖磁場為研究者提供了前所未有的工具，可以用來研究一系列科學(xué)難題：從極高磁場下的物質(zhì)的行為到固體的量子相變等。

科學(xué)家對極低溫度和極高磁場的探索，將有助于人們理解超導(dǎo)、磁場誘導(dǎo)的相變以及所謂的量子臨界點——在極低溫度下物質(zhì)性質(zhì)的微小變化就能對其物理行為有顯著的影響。

磁場強(qiáng)度越高，對于物質(zhì)系統(tǒng)的電子能態(tài)改變就越大，就能給科學(xué)創(chuàng)新提供更多機(jī)遇。

當(dāng)中國有了自己的脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置，也加入極限創(chuàng)新挑戰(zhàn)的隊伍。

2011年11月8日凌晨，華中科技大學(xué)東校區(qū)一角，強(qiáng)磁場中心燈火輝煌，團(tuán)隊正在進(jìn)行一次重要的實驗。5點28分，中心自行研制的國內(nèi)首個雙線圈脈沖磁體成功實現(xiàn)83T的磁場強(qiáng)度——這不僅刷新我國脈沖磁場強(qiáng)度紀(jì)錄，也使我國非破壞性磁場強(qiáng)度水平一下子躍居亞洲第一、世界第三。

“83T！”短暫的驚喜過后，團(tuán)隊有了更多向新強(qiáng)度進(jìn)軍的底氣。

2013年10月，20余位世界強(qiáng)磁場頂級專家齊聚武漢東湖畔，他們將親自見證中國脈沖強(qiáng)磁場裝置“首秀”。“拿著當(dāng)天會議日程表，有的專家好心跑來勸我們，現(xiàn)場實驗，萬一失敗怎么辦？”當(dāng)時在會議現(xiàn)場的施江濤、呂以亮，不約而同回憶起這個細(xì)節(jié)。

因為產(chǎn)生脈沖磁場的強(qiáng)大電流和電磁應(yīng)力，隨時會“爆表”。在現(xiàn)場，這些全球主要強(qiáng)磁場實驗室負(fù)責(zé)人和國際強(qiáng)磁場權(quán)威專家不敢相信，中國人要公開進(jìn)行脈沖強(qiáng)磁場實驗演示，在此之前，國際上沒有一個實驗室敢公開進(jìn)行高參數(shù)實驗演示。

強(qiáng)磁場中心一個控制中心、八個實驗站，整整一天實驗，外國專家們閉門討論3個小時。最終，國際同行評價：“這里的脈沖強(qiáng)磁場裝置已經(jīng)躋身于世界上最好的脈沖場之列?！?/p>

“中國的磁體和電源技術(shù)世界頂級；控制系統(tǒng)國際領(lǐng)先。雖然最高磁場紀(jì)錄不及美國，但中國裝置優(yōu)勢明顯——一套中央控制系統(tǒng)實現(xiàn)三類電源和八個實驗站的靈活組合。”這是國際權(quán)威報告對中國裝置的認(rèn)證。

也是同一年，以彭濤、丁洪發(fā)、韓小濤等幾位教授為首的磁體、電源及控制團(tuán)隊再創(chuàng)佳績，讓我國脈沖強(qiáng)磁場一舉邁入90T級磁場的水平。為了實現(xiàn)90T以上的磁場強(qiáng)度，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室用了20年，德國德累斯頓強(qiáng)磁場實驗室用了10年，而在中國僅用不到5年時間。

2018年11月22日，我國脈沖強(qiáng)磁場技術(shù)走在了世界最前列。這一天，強(qiáng)磁場中心團(tuán)隊成功實現(xiàn)64T脈沖平頂磁場，超過此前美國國家強(qiáng)磁場實驗室創(chuàng)造的60T脈沖平頂磁場強(qiáng)度世界紀(jì)錄，成為全球最高強(qiáng)度的脈沖平頂磁場。

脈沖平頂磁場兼具穩(wěn)態(tài)和脈沖兩種磁場的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的強(qiáng)度且在一段時間保持很高的穩(wěn)定度，通俗理解就是脈沖磁場達(dá)到峰值時穩(wěn)定運行一段時間。峰值越高、峰頂運行越平穩(wěn)，實驗質(zhì)量越高。

“高強(qiáng)度和高穩(wěn)定度，是考驗脈沖平頂磁場的兩個關(guān)鍵指標(biāo)。”呂以亮介紹。但同時實現(xiàn)這兩項并不容易，“需要解決磁場產(chǎn)生過程中的大電流精確調(diào)控和強(qiáng)電磁力下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的難題，目前國外主要采用的大電源、大磁體的方案。世界上最大的電源體積有二層樓那么高，體積龐大、花費驚人，還存在著磁體冷卻速度慢和實驗效率低等問題”。

沒有世界上最大的電源，要如何實現(xiàn)高質(zhì)量的磁場？用技術(shù)。為了滿足科學(xué)研究需求，脈沖強(qiáng)磁場需要具備磁場強(qiáng)度高、平頂穩(wěn)定度高和重復(fù)頻率高等特點。國際上其他脈沖強(qiáng)磁場實驗室都是通過研制不同磁體分別實現(xiàn)這三類磁場，而武漢強(qiáng)磁場中心基于強(qiáng)磁場核心技術(shù)的全面掌握，通過電源與磁體的協(xié)同控制，可以讓同一個實驗站的同一個磁體產(chǎn)生高強(qiáng)度、高穩(wěn)定度和高重頻的脈沖磁場，為相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究提供獨特的實驗條件。“此次實現(xiàn)64T平頂磁場的磁體還產(chǎn)生了45T/50赫茲的超高重頻磁場，將國際同類磁場重復(fù)頻率提高兩個數(shù)量級，且波形和頻率都能很方便地調(diào)節(jié)，這也是我們技術(shù)領(lǐng)先的重要體現(xiàn)?！眳我粤琳f。

“我們還提出雙電容器耦合態(tài)調(diào)控新方案，首次實現(xiàn)電容器驅(qū)動的脈沖強(qiáng)磁場波形調(diào)控”，呂以亮解釋，“就等于削峰填谷”。

在測試64T平頂磁場的同時，強(qiáng)磁場中心同步開展重費米子材料CeRhIn5的比熱測量，過去只能在穩(wěn)態(tài)磁場下開展的核磁共振、比熱、拉曼光譜等研究工作在更高場強(qiáng)下成為可能。

不僅如此，美國實驗室做平頂脈沖磁場，一年只能使用50-60次。而在強(qiáng)磁場中心，由于改進(jìn)了電源和控制系統(tǒng)，做這項實驗像用微波爐一樣簡單，并且實驗使用的磁體重量、電源能量均不到國際同類型磁場系統(tǒng)的1/10。此前有國際專家說，這是花1.2億元人民幣，干出1.2億美元的活兒。

廣納青年人才，擔(dān)當(dāng)科技創(chuàng)新扛鼎之力

依托脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置，強(qiáng)磁場中心堅持面向國家重大需求，不斷發(fā)展脈沖強(qiáng)磁場新技術(shù)及其應(yīng)用，挑戰(zhàn)電磁極限、拓展強(qiáng)磁場應(yīng)用，并秉承“培養(yǎng)更高學(xué)術(shù)水平、更強(qiáng)創(chuàng)新能力的大科學(xué)裝置科技人才”的目標(biāo)，注重青年學(xué)術(shù)骨干的培養(yǎng)和梯隊建設(shè)。

在強(qiáng)磁場中心不起眼的一角，一塊直徑1.38米的鋁合金板件剛剛整體成形。這是強(qiáng)磁場中心與相關(guān)部門合作，首次使用多時空脈沖強(qiáng)磁場成形制造技術(shù)做出來的航天器無焊縫底殼部件。

近年來，針對國內(nèi)外現(xiàn)有大型、復(fù)雜板管類零件的成形受限于工藝裝備和材料性能的難題，強(qiáng)磁場中心首創(chuàng)多時空脈沖強(qiáng)磁場成形制造技術(shù)，已形成曹全梁、諶祺和賴智鵬等青年老師組成的電磁成形研究團(tuán)隊，在成形裝備研制、大型殼體件整體成形和異質(zhì)金屬“焊接”技術(shù)等方面已處于國際領(lǐng)先地位。

在永磁高速電機(jī)、永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)、永磁NMR等大型永磁設(shè)備充磁需求的牽引下，李亮教授提出了組裝后整體充磁的創(chuàng)新型工藝方法，成為呂以亮團(tuán)隊近年攻關(guān)的方向?！耙恍┕I(yè)用磁體體積龐大，傳統(tǒng)制造工藝采用已充磁的磁鋼塊，人工拼裝組成大的磁極。由于磁鋼塊間同性相斥，排斥力巨大，拼裝很難，工藝復(fù)雜，操作危險，生產(chǎn)效率低。整體充磁，則完全避免這一問題?！眳我粤琳f。

目前整體充磁團(tuán)隊與國內(nèi)相關(guān)廠家合作，首次實現(xiàn)了2.5MW直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的整體充磁，充磁后的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過了型式試驗，所有測試指標(biāo)均達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求，這是我國大型永磁電機(jī)整體充磁技術(shù)的重大突破，相關(guān)技術(shù)及裝備研制水平位居世界前列。呂以亮說：“這項技術(shù)的成功，打破了美、德等國的技術(shù)封鎖，將廣泛應(yīng)用于永磁電機(jī)等各類大型永磁設(shè)備，市場前景廣闊?！?/p>

在戰(zhàn)略性前沿技術(shù)布局方面，強(qiáng)磁場中心已將太赫茲回旋管技術(shù)列入發(fā)展規(guī)劃重點方向，形成了以潘垣院士為顧問，韓小濤為負(fù)責(zé)人，肖后秀、謝劍峰等為骨干的20余人研究梯隊。“經(jīng)過三年的探索實踐，我們自主開發(fā)太赫茲回旋設(shè)計平臺GYROCOMPU，發(fā)展了基于平頂脈沖強(qiáng)磁場的太赫茲回旋管技術(shù)，已實現(xiàn)頻率230-803GHz、最大功率20W的太赫茲波輸出?！鼻嗄杲處熜ず笮阕院赖卣f，對于后續(xù)的研究和應(yīng)用，他亦充滿信心。

同時，強(qiáng)磁場中心秉持廣納英才、兼容并包，吸引越來越多跨學(xué)科青年科學(xué)家落戶于此，開展多元化、跨學(xué)科實驗，學(xué)科交叉、學(xué)術(shù)互補，讓這塊坐落于中部地區(qū)的科研基地不斷“破圈”地域限制和學(xué)科邊界，產(chǎn)生令人驚訝的“強(qiáng)磁場效應(yīng)”。

大家普遍感受是強(qiáng)磁場中心越來越“擠了”。原來空蕩蕩的四層研究辦公室，現(xiàn)在已經(jīng)滿滿當(dāng)當(dāng)。

2016年9月從美國斯坦福大學(xué)引進(jìn)、入職強(qiáng)磁場中心的徐剛，主要從事新奇物性和材料的探索與研究，兼具凝聚態(tài)中的基礎(chǔ)物理研究和實際材料應(yīng)用。作為一名計算物理學(xué)家，徐剛的主要工作是在計算機(jī)上預(yù)測物理現(xiàn)象或理論，并不需要強(qiáng)磁場實驗裝置進(jìn)行實踐檢驗，但他仍舊選擇強(qiáng)磁場中心，潛心科研?！拔翌A(yù)測的理論，可以在強(qiáng)磁場中心由實驗物理學(xué)家進(jìn)行驗證”，五年來，徐剛看著一批計算物理學(xué)家匯聚于此，這個年輕的強(qiáng)磁場中心“科研學(xué)術(shù)生態(tài)環(huán)境越來越生機(jī)勃勃”。

相比于辦公室，2015年從美國亞利桑那州立大學(xué)學(xué)成歸來的于海濱更喜歡待在自己設(shè)計、組建的實驗室里。與學(xué)生交流、看看實驗進(jìn)度、讀讀論文，往往不經(jīng)意間就到了深夜?！皬?qiáng)磁場中心給我提供了很好的科研條件，讓我能夠?qū)Ｐ奶剿鳂O端條件下非晶態(tài)材料。”

今年初剛從美國洛斯阿拉莫斯脈沖強(qiáng)磁場實驗室獲榮譽博士后的李靖，已于春節(jié)后正式入職強(qiáng)磁場中心，擔(dān)任教授、博士生導(dǎo)師。李靖長期從事低維量子材料和器件在極端條件下的電輸運性質(zhì)以及脈沖強(qiáng)磁場條件下光-電-物質(zhì)相互作用方面的研究，坐在喻家山腳的新辦公室里，他正在制定未來方向與藍(lán)圖。

從考上博士研究生進(jìn)入強(qiáng)磁場中心，到畢業(yè)留校至今，劉詩宇已在這里學(xué)習(xí)、工作了7年。“每天晚上，這里直到深夜都燈火通明。只要是中心開放的時段，這里隨時有人在工作。大家都想做出點實際成績。” 劉詩宇幾乎每天在辦公室待到夜里十一點半，才心滿意足地回到宿舍。如果趕上實驗，他就睡在辦公室里。“那個角落是一張行軍床”，他隨手一指。他不覺得這有什么了不起，“實驗不能中斷，需要按時記錄數(shù)據(jù)，大家都是這樣”。

“以前，我們做實驗只能去國外；現(xiàn)在，我們在家門口就能完成實驗?！边@讓他很自豪。七年間，劉詩宇早已被前輩、師長們腳踏實地搞科研的精神所感染，并身體力行，“求真務(wù)實”在他看來不是一個虛詞。

14年來，負(fù)責(zé)強(qiáng)磁場中心安全工作的施江濤，一直堅持每個工作日最早到崗。這個2002年放棄產(chǎn)品研發(fā)工程師高薪職位，從深圳返回武漢的華科學(xué)子，親歷脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置從無到有的全過程，并一手建立起強(qiáng)磁場中心各項安全規(guī)章制度，如今這些文件已堆成厚厚一大本。每天早上看到強(qiáng)磁場中心各部門都安全運轉(zhuǎn)，是施江濤最大心愿。

現(xiàn)在，強(qiáng)磁場中心已有科研人員、工程師90余人，脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置二期工程已列入國家十四五規(guī)劃。據(jù)悉，二期工程占地面積更大，性能更強(qiáng)，中國科學(xué)家將有條件沖刺世界脈沖強(qiáng)磁場最高峰值，開展更多極端條件下的科學(xué)實驗。采訪中，強(qiáng)磁場中心的每個人，都對此心懷期待。

磁場范圍無窮大，電磁力的作用范圍和萬有引力一樣，沒有界限。在無窮盡的探索中，強(qiáng)磁場中心的科研人員和工程師們正齊心協(xié)力朝著更高的山峰攀登，他們以追求科學(xué)的赤子之心，突破世俗藩籬、打破學(xué)科界限，站在一個更寬廣、更高遠(yuǎn)、更通透、更清純、更執(zhí)著、更深沉的高地，觀察、認(rèn)知外部世界，審視、規(guī)范自身行為，探索未知、造福他人，為更崇高的目標(biāo)，奉獻(xiàn)自己的力量。