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强磁场装置

作者:    浏览量:    发布时间:2015-04-21

一、相关背景

强磁场、极低温、超高压等极端条件下物质性质的研究是世界科学前沿。强磁场是半导体、超导、特殊功能材料和器件研究不可缺少的条件,同时强磁场下的核磁共振,又是生命科学、医学、脑科学研究的必要工具。强磁场装置的建立是我国在生命科学、医学、功能材料和器件研究方面赶上世界先进水平的必要手段。

强磁场实验装置于2008年5月正式动工,建设期5年,目标是建成具有国际先进水平、可为众多学科领域的科学研究提供强磁场极端实验环境和实验手段的大型综合科学实验装置。强磁场装置建成后对于提升我国相关前沿学科的基础研究水平、带动相关新兴高技术产业的发展具有重要意义。强磁场实验装置分为稳态强磁场和脉冲强磁场两个部分,即在中国科学院合肥物质科学研究院建设稳态强磁场实验装置(SHMFF),在华中科技大学建设脉冲强磁场实验装置(PHMFF)。

二、设施简介

(一)稳态强磁场实验装置

SHMFF建设目标是:建立40T级稳态混合磁体实验装置和系列不同用途的高功率水冷磁体、超导磁体实验装置,使我国的强磁场水平跻身于世界先进行列。建设满足上述稳态强磁场实验装置运行所需要的20MW高功率高稳定度电源系统、20MW高功率去离子水冷却系统、氦低温系统和中央控制系统;建设强磁场实验装置上的输运、磁性、磁光、极低温、超高压和组合显微等科学实验测试系统,为开展凝聚态物理、化学、材料科学、地学、生物学、生命科学和微重力等学科的前沿研究提供强磁场平台。

超导磁体SM2、SM3和各科学实验测试系统于2010年先期投入试运行,进入“边建设、边运行”阶段。水冷磁体WM4和超导磁体SM4已于2012年建成;各技术装备系统投入运行;混合磁体 HM1,水冷磁体WM1、WM2 、WM3和超导磁体SM1的研制工作均取得进展。

先期投入试运行的磁体和系统运行状况良好,两年来为30多家单位近200个课题提供了实验测量条件,用户利用这些条件取得了一系列重要的研究成果,包括在Nature上发表2篇论文,Nature子刊发表3篇论文。2011年SHMFF被列入国家自然科学基金委和中国科学院共同设立的大科学装置科学研究联合基金(简称大装置联合基金)Ⅱ期协议依托装置名单。

依托设施的中国科学院强磁场科学中心成立于2008年4月30日,是中国科学院为发展我国强磁场科学事业,择强磁场实验装置建设之机而成立的非法人研究单元。中心当前定位:建设满足我国多学科前沿实验研究所需要的具有国际先进水平的强磁场实验条件;开展强磁场实验条件下多学科的科学研究;不断发展更先进的强磁场技术以及相关高技术的成果转化和应用;为建设国家强磁场科学中心奠定基础。

(二)脉冲强磁场实验装置

脉冲强磁场部分将建设50~80特斯拉短脉冲磁体、长脉冲磁体和长短合成脉冲磁体等11台脉冲磁体及相关配套设施,建设地点为湖北省武汉市华中科技大学,由华中科技大学承建,北京大学、南京大学、复旦大学和东北大学协作建设。脉冲强磁场部分建成后,我国将与美、德、法并列成为世界四大脉冲强磁场科学中心之一。

脉冲强磁场实验装置已基本建设完成,主要技术指标均达到或超过设计标准。主要包括建成脉冲磁体12个,最高磁场强度达到86.3T,该磁场强度位居亚洲第一,世界第三;建成13.6MJ电容储能型电源、100MJ/100MW脉冲发电机型电源,并新增10万安时蓄电池型电源。脉冲电源规模位居世界第二位;建成9个科学实验站,实验站数量世界第一,实验测量精度与世界顶级强磁场实验室为同一水平。《Physics Today》杂志的报道中,已将我国脉冲强磁场中心与美、德、法等三国的脉冲强磁场国家实验室并列,并被描述为“最新的”、“正在快速赶上的”脉冲强磁场实验室。自2009年9月起,脉冲强磁场实验装置逐步将建成的实验站投入试运行,已先后接收美国普渡大学、日本山形大学、北京大学、中科院物理所等10多家国内外知名科研单位进行了65项科学实验,在《PRL》、《Scientific Reports》、《PRB》等国际一流期刊先后发表高水平论文145篇。脉冲强磁场实验装置建设团队于2011年入选教育部创新团队。

国家脉冲强磁场科学中心(筹)已先后与美国、德国、法国、日本等世界主要脉冲强磁场实验室建立合作关系,聘请了包括诺贝尔奖得主克劳斯·冯·克利青教授在内的多位国际知名专家担任顾问。2012年中心获批教育部创新引智基地。

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