通讯员 杭慧喆 程 远

    装置总投资仅为国际同规模装置投资的四分之一，建设期仅为国际同规模装置的一半，而各项指标均达到或超过国际先进水平，自行研制的脉冲磁体更实现了90.6特斯拉的峰值磁场，磁场强度位居世界第三……

    依托华中科技大学建设的国家脉冲强磁场科学中心（筹）通过自研自制，以中国速度打造中国强度，科研水平实现跨越式发展，使我国脉冲强磁场实验装置跻身世界顶级。

    2014年10月23日，由华中科技大学承建的国家重大科技基础设施——脉冲强磁场实验装置通过国家验收，正式对外开放。

    学习到超越

    打造中国强磁场之路

    强磁场是物理、材料科学、化学、生命科学、医学等领域前沿基础研究的重要实验条件，为满足我国科学研究对强磁场实验条件日益增长的迫切需求，2000年华中科技大学潘垣院士在国内率先提出尽快建设脉冲强磁场重大科技基础设施的建议，并亲自参与申报材料的定稿，一路推动着脉冲强磁场项目从梦想照进现实。

    2007年初，国家发展改革委正式批准华中科技大学承担脉冲强磁场实验装置建设任务。根据项目规划，华中科技大学需在五年建设期内，建设11个短脉冲磁体、长脉冲磁体和长短合成脉冲磁体，建设电输运、磁特性、磁光特性、压力效应、极低温等7个科学实验测试系统以及相应的配套设施。2008年4月25日，教育部直属高校首批、湖北省首个国家重大科技基础设施项目——脉冲强磁场实验装置在华中科技大学奠基开建。

    然而，当时我国脉冲强磁场技术与世界水平存在较大差距、技术人才也极度紧缺，华中科技大学将目光投向了海外，以“引进”和“学习”迈出了建设第一步。

    在潘垣的力荐下，时任华中科技大学校长的李培根院士三次赴美邀请脉冲磁体专家、校友李亮回国主持脉冲强磁场实验装置的建设工作。被学校的诚意所打动，2007年4月，李亮辞去原有工作，只身回国就任强磁场中心主任，并于2009年入选首批“千人计划”国家特聘专家。此后，中心又先后引进了十余位具有国外留学经历的高层次人才，包括“千人计划”专家叶培德，“青年千人计划”专家吴燕庆、朱增伟等，形成了一支水平高、基础扎实、结构合理的科学研究及工程建设队伍，极大地推动了实验装置的建设进程。李亮教授所牵头的“脉冲强磁场科学与技术”团队于2011年成功入选教育部创新团队。

    2008年，华中科技大学与比利时鲁汶大学共同承担中比政府国际合作项目“80特斯拉级超强脉冲磁场开发研究”。在该项目框架下，强磁场中心先后有两名青年博士学生赴比利时进行了长达18个月的学习，得到被誉为“强磁场之父”的佛瑞兹·荷德拉教授指导，带回了脉冲强磁场技术领域的先进理论和技术。据强磁场中心常务副主任陈晋介绍，依托校方与国外高校的长期合作和交流机制，华中科技大学目前已有30余人次赴欧洲脉冲强磁场实验室进行合作研究，为中心培养了一批脉冲强磁场领域的技术骨干。

    在装置的建设过程中，强磁场中心广邀国外专家来校讲学与交流，先后聘请诺贝尔奖得主克劳斯·冯·克利青教授、美国国家强磁场实验室主任格雷格·博宾伽教授、德国德累斯顿强磁场实验室主任约亨·沃斯尼察教授等8位国际知名专家担任中心顾问，来校指导强磁场装置建设，并先后与世界上最主要的三个脉冲强磁场实验室建立了密切的合作关系。在佛瑞兹·荷德拉教授的指导下，华中科技大学研究人员开发了脉冲强磁体设计软件，该款软件被欧洲脉冲强磁场联合项目“下一代高性能强磁场实验装置设计研究”采纳为脉冲磁体设计工具，极大地提升了我国脉冲强磁场设计水平在国际上的地位。中心于2012年获批教育部和国家外国专家局创新引智基地。

    “武汉的脉冲强磁场设施已经跻身于世界上最好的脉冲场之列，在电源设计和磁体技术方面取得的成就已经位列世界顶级。”2013年10月，美、德、日、法、荷、中6个国家29位强磁场领域的权威专家对脉冲强磁场实验装置进行国际评估，专家组组长、德国德累斯顿强磁场实验室主任约亨·沃斯尼察教授在评估会上宣读了这一结论。

    自主创新

    “中国制造”引领世界潮流

    2013年8月6日晚19点20分，对于国家脉冲强磁场科学中心来说，这是一个里程碑式的重要时刻。中心自行研制的脉冲磁体成功实现了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记录，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。 产生这一历史性磁场强度的磁体、电源、控制系统等全套装置均为中心自主开发研制。不仅如此，中心坚守着“以自研自制为手段，掌握核心技术”的信条，已实现了中心内关键设备的全部国产。

    线圈作为磁体装置的“心脏”，其材料和绕制方式是影响磁体整体性能的关键，而攻克这一难题的，却是中心一位“75后”的教授——彭涛。彭涛是由华中科技大学电气学院培养的博士，内线圈采用自制的高强高导铜铌合金导线，外线圈采用常规的软铜导线，彭涛将磁体的制造成本降到了美国、德国同类磁体的十分之一。他还在2010年为强磁场中心成功绕制了能实现75特斯拉峰值磁场的单线圈磁体，这是目前世界上采用软铜绕制的最高场强磁体。

    当彭涛谋划着让绕制磁体产生的磁场再往上加一点时，中心的王绍良工程师则一心一意地做着温度的“减法”。从2008年7月到2011年3月，王绍良团队历经30多个月的艰苦攻关，为中心添置了世界上首套利用吉福特-麦克马洪制冷机作为冷源的低温冷却系统。一般强磁场条件下的物理实验都需要极低温环境，国外强磁场多采用能降温至-269摄氏度的液氦，但液氦价格高，难采购。王绍良团队先后攻克传热、换热、低温密封等技术难点，自主研发了“用于脉冲强磁场科学研究的吉福特-麦克马洪制冷机样品冷却技术”，只需少量氦气，即可在5分钟内将用预冷过的实验样品降温至-271.8摄氏度，大幅提高了实验效率。

    此外，中心还研发了一系列国际先进水平的关键设备，并掌握相关核心技术。自研自制的国内首创集成式脉冲强磁场装置，探测灵敏度为国际同类型装置最高的电输运实验站，激光光源波长范围为国际同类型装置最宽的磁光科学实验站，独创的平顶波形脉冲磁体。

    这一系列喜人的成绩，都深深地打着“中国制造”烙印。

    边建设边开放

    形成人才的“强磁场”

    自2010年9月起，国家脉冲强磁场科学中心陆续将已经搭建完成的科学试验站对用户开放，北京大学的王健教授便是最早进入电输运科学实验站开展科学实验的研究者之一。

    2012年底，项目研究进入瓶颈的王健教授从北京来到武汉，国家脉冲强磁场科学中心的强磁场实验条件给了他惊喜。“60特斯拉的强磁场实验条件，帮助我完成了对单层硒化铁高温超导薄膜临界磁场的测定，这是该材料物性研究的重要进展。”

    之后，王健教授便成了中心的“常客”，并与中心李亮教授、王俊峰副教授和夏正才教授展开合作。2014年初，单层硒化铁高温超导薄膜相关成果以快报形式发表在《中国物理快报》上，文章发表后迅速得到国际学术界的重点关注，《科学》杂志以编辑推荐的形式对这一成果进行了专门报道。“这种新材料将应用于电子超导器件，或许能使芯片的集成程度再提高几个数量级”，王健对单层硒化铁高温超导薄膜的应用前景充满信心。

    韩国大邱大学金宪荣教授和日本山形大学佐佐木教授组成的研究团队，利用中心的磁特性科学实验站，电输运科学实验站，研究了多种拓扑绝缘体材料，在国际上首次在实验上证实Weyl半金属态的存在；强磁场中心韩俊波副教授则利用磁光科学实验站研究了Er3+YVO4单晶的磁场诱导光致发光巨增强效应，首创了一种高精度的磁场标定方法……

    4年来，中心为德国德累斯顿强磁场实验室、美国普渡大学、日本东北大学、北京大学、南京大学、中科院物理所等50多个国内外科研单位开展了170项科学实验，实验站累计开放机时5790小时。开放实验所取得的代表性科研成果已经在SCI收录期刊发表论文300余篇。

    如今，脉冲强磁场实验装置通过国家竣工验收。验收委员会认为，脉冲强磁场实验装置项目已按计划、按指标、按预算、高质量地完成了各项建设任务，形成了高效的组织管理机制和优秀的人才队伍，实现了开放运行，成效初显，潜力巨大。脉冲强磁场实验装置以其优异的性能，成为国际上最好的脉冲强磁场装置之一。

    这一大型公用科学实验装置和研究平台，正摩拳擦掌，等待在物理、材料、化学、生命与医学等领域科学研究中大放异彩。项目技术总监潘垣院士表示，强磁场中心将积极做好装置的运行和开放工作，充分发挥国家重大科技基础设施的科学研究和人才聚集效益。