42.02特斯拉，中国磁体再次刷新强磁场纪录

本文来自微信公众号：自然系列 （ID：nature-portfolio），作者：Gemma Conroy，题图来自：AI生成

中国如今拥有全世界最强的水冷磁体，能产生比地球磁场强80万倍的磁场。

9月22日，中国科学院合肥物质科学研究院的稳态强磁场实验装置（SHMFF）的水冷磁体产生了42.02特斯拉的稳态磁场。这一里程碑刚好超过了美国佛罗里达州的国家强磁场实验室（NHMFL）的水冷磁体在2017年创下的41.1特斯拉的纪录。水冷磁体由金属线圈构成，在全球磁体设施中大量使用。

中国的破纪录磁体为建造能维持更强磁场的磁体奠定了基础，这或许能帮助研究人员发现出人意料的新物理学，德国德累斯顿强磁场实验室的物理学家Joachim Wosnitza说。

这个水冷磁体——向国际使用者开放——是中国对全球强磁场探索的第二个主要贡献。2022年，稳态强磁场实验装置的混合磁体（结合了水冷磁体和超导磁体）产生了45.22特斯拉的磁场，成为了世界上最强大的稳态磁体。

一、科研工具

强磁场磁体很适合用于揭示先进材料（如超导体等）的隐藏特性，这类材料能在极低温下，在不产生废热的情况下输送电流。强磁场还是发现全新物理现象的窗口，法国格勒诺布尔的脉冲磁场国家实验室的凝聚态物理学家Marc-Henri Julien表示，“你可以创造或操控新的物质状态。”

强磁场对于需要开展高灵敏度测量的实验也很实用，因为它们能增强分辨率，更容易发现微弱现象，英国剑桥大学凝聚态物理学家Alexander Eaton说，“每多一个特斯拉都比上一个强了指数级。”

稳态强磁场实验装置的强磁场专家、物理学家匡光力说：“这并不容易实现。”

二、可靠但成本高

水冷磁体是一种较老的技术，但比混合磁体和超导磁体这类新技术能维持更长时间的强磁场。它们的磁场还能更快升级，是一种多用途的实验工具。他说：“只要转下旋钮，就能在几分钟内从0特斯拉到强磁场。”

水冷磁体的一个主要缺陷在于它的能耗巨大，运行成本高，Eaton说。比如，中国的稳态强磁场实验装置需要32.3兆瓦的电力才能产生破纪录的磁场。Eaton说：“你要有很好的科学用途才能使用这个资源。”

面对这个限制，大家都在开发混合磁体和超导磁体，这些磁体能在低功率下产生强磁场。2019年，美国国家强磁场实验室的团队建造了一个小型的概念验证超导磁体，能短暂维持45.5特斯拉的磁场，该实验室目前正在开发一个更大、能用于实验的40特斯拉的超导磁体。

中国的稳态强磁场实验装置的团队正在研制一个55特斯拉的混合磁体。虽然这些新型磁体的运行成本预计会低于水冷磁体，但它们也有局限：建造成本更高，需要更复杂的冷却系统，美国国家强磁场实验室的磁铁科学技术部联合领导、工程师Mark Bird说，“这种技术仍在研发中，成本目前还不清楚。”

本文来自微信公众号：自然系列 （ID：nature-portfolio），作者：Gemma Conroy，原文以China builds record-breaking magnet—but it comes with a cost标题发表在2024年10月18日《自然》的新闻版块上©nature，Doi：10.1038/d41586-024-03382-6