【儀表網(wǎng) 行業(yè)聚焦點】近日，我國重大科技項目“脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置”順利通過驗收，并正式投入運行。該裝置采用我國自主自主研發(fā)的“多時空脈沖強(qiáng)磁場成形制造技術(shù)”，實現(xiàn)金屬零部件的整體單次成形，可被廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器工業(yè)、汽車制造、儀表儀器等諸多領(lǐng)域。
2014年10月23日，在華中科技大學(xué)進(jìn)行了我國“十一五”期間部署建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目之一——脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置的驗收工作。我國由此成為繼美、德、法之后第四個擁有大型脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置的國家。
目前，強(qiáng)磁場與極低溫、超高壓等被列為現(xiàn)代科學(xué)實驗重要的條件之一。脈沖強(qiáng)磁場技術(shù)是產(chǎn)生強(qiáng)磁場的重要技術(shù)，建設(shè)脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置可為凝聚態(tài)物理、材料、磁學(xué)、化學(xué)、生命與醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)研究提供理想的研究平臺。
負(fù)責(zé)此次驗收工作的來自教育部、科技部、發(fā)展改革委、湖北省等32位專家組成的驗收委員會一致認(rèn)為，脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置總體性能達(dá)到先進(jìn)水平，部分指標(biāo)實現(xiàn)了，已成為上好的脈沖強(qiáng)磁場裝置之一。
據(jù)了解，華中科技大學(xué)2008年開始建設(shè)的脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置項目，經(jīng)過7年的時間，通過自主創(chuàng)新，在脈沖磁體分析設(shè)計、脈沖功率電源、低溫制冷等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，使我國掌握了脈沖強(qiáng)磁場裝置核心技術(shù)。
“簡單來講，這就相當(dāng)于提供了一個環(huán)境下的實驗平臺。”華中科技大學(xué)國家脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)中心(籌)主任李亮介紹說，強(qiáng)磁場被列為現(xiàn)代科學(xué)實驗重要的條件。大多數(shù)科學(xué)效應(yīng)的顯現(xiàn)都與磁場強(qiáng)度有關(guān)：磁場強(qiáng)度越高，效應(yīng)就會越明顯，有些科學(xué)效應(yīng)甚至只有在強(qiáng)磁場環(huán)境中才會顯現(xiàn)。
該項目技術(shù)總監(jiān)、中國工程院院士潘垣介紹說，脈沖強(qiáng)磁場技術(shù)不僅能滿足前沿基礎(chǔ)研究的需要，且在航空航天、新能源等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。據(jù)介紹，近30年來，與強(qiáng)磁場相關(guān)的諾貝爾獎項達(dá)到10個，涵蓋物理、材料、化學(xué)、生物和醫(yī)學(xué)多個領(lǐng)域。
據(jù)了解，“特斯拉”是上用以衡量磁場強(qiáng)度的單位。2013年8月6日，國家脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)中心成功實現(xiàn)了90.6特斯拉的峰值磁場，再一次刷新我國脈沖磁場的高強(qiáng)度紀(jì)錄，使我國成為繼美國、德國后世界上第三個突破90特斯拉大關(guān)的國家。
目前已通過竣工驗收的脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置，不僅擁有可達(dá)到90.6特斯拉磁場強(qiáng)度的系列脈沖磁體，還配備了低溫、高靜壓、光源等其它實驗條件，建有電輸運、磁特性、磁光特性、壓力效應(yīng)、極低溫、電子自旋共振、核磁共振等多個科學(xué)實驗站，可為脈沖強(qiáng)磁場下物理、材料、化學(xué)、生命與醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)研究提供理想的研究平臺。
“看起來就像氣功一樣，當(dāng)我們用電源驅(qū)動一個脈沖強(qiáng)磁場時，在100毫米的直徑范圍內(nèi)，可產(chǎn)生500噸的電磁感應(yīng)力，瞬間改變對象的形態(tài)。”李亮指著一件厚6毫米、直徑600毫米的喇叭狀金屬管說，“利用脈沖強(qiáng)磁場成形裝置，將一塊金屬圓板塑成這個形狀，只需要一道工序、十幾毫秒、0.001度電。”
這種技術(shù)被稱為“多時空脈沖強(qiáng)磁場成形制造技術(shù)”，是李亮團(tuán)隊依托該中心自主研發(fā)的電源、磁體和控制技術(shù)，在首先提出并成功研發(fā)的。其原理在于，在脈沖強(qiáng)磁場環(huán)境中，線圈與金屬材料相互作用，能產(chǎn)生極大的洛侖茲力，將堅硬的金屬材料“百煉鋼化為繞指柔”，在1至2毫秒的時間內(nèi)塑造成特定的形狀。
“這種技術(shù)不僅，且成本大幅降低，過程更為可控，成形面積更大，可成形樣式更復(fù)雜，實現(xiàn)金屬零部件的整體單次成形，避免了有縫拼接對零部件性能的破壞，可被廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器工業(yè)、汽車制造、儀表儀器等諸多領(lǐng)域。”脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置技術(shù)副總監(jiān)姚凱倫說。
此外，李亮團(tuán)隊在永磁裝備充磁方面也取得了革命性突破。永磁材料被廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)、磁共振成像等。中心將專門的充磁夾具或充磁線圈集成在永磁設(shè)備上，不僅可以實現(xiàn)先拼裝后整體充磁，再次充磁時也無需拆卸永磁塊，只需接上電源再次放電即可，大幅降低了裝配難度，提高了充磁效果，讓大型永磁設(shè)備的充磁就像手機(jī)充電一般方便。此外，脈沖強(qiáng)磁場的相關(guān)衍生技術(shù)還可應(yīng)用于磁制冷、磁治療等多個領(lǐng)域，成為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要推動力量。
“我們可以用常規(guī)的、廉價的導(dǎo)體實現(xiàn)美國用價格高昂的導(dǎo)體達(dá)到的同樣質(zhì)量的脈沖磁體，成本不到美國和德國同類磁體1/10。”李亮不無驕傲地說：“產(chǎn)生90.6特斯拉磁場強(qiáng)度的磁體、電源、控制系統(tǒng)等全套裝置均為中心自主開發(fā)研制”。有國外專家如此評價：“你們用1.3億人民幣做了1.3億美元的事情。”
