来源：中国科学院合肥物质院强磁场科学中心
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三面环水、风景秀丽的合肥科学岛是中国科学院合肥物质科学研究院的别名，强磁场科学中心坐落在科学岛上，这里也是全世界第五个拥有完整的稳态强磁场实验装置的地方，包括四台超导磁体、五台水冷磁体和一台混合磁体。
在超导磁体出现之前，水冷磁体是产生稳态强磁场的唯一途径。
但在超导现象被发现后不久，人们开始研制超导磁体，但由于超导材料的限制，超导磁体最高场强仍处于30T（特斯拉）级。
由此，科学家又提出用超导磁体取代水冷磁体的大尺寸外层线圈的方案。这种方案就是“混合磁体”，意味着可以用相对小的代价产生更高的磁场。
这也意味着，即使进入“超导磁体时代”，产生更高磁场仍离不开水冷磁体。
中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心学术主任匡光力用“乒乓球竞赛”解释水冷磁体、超导磁体和混合磁体的关系。“如果说水冷是女单，超导是男单，那混合磁体就是混双。”
2024年9月22日，受中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心的委托，安徽省院士专家联合会组织召开合肥综合性国家科学中心强光磁集成实验装置关键技术预研项目“水冷磁体WM6科技成果评价会”，专家组包括7位院士。这天上午，强磁场科学中心自主研制的第六台水冷磁体产生42.02T的稳态磁场，成员一致认为成果达到国际水冷磁体领先水平。
中国科学院合肥物质科学研究院党委书记黄晨光则表示，这标志着我国乃至世界高场水冷磁体技术发展达到新高峰。
水冷磁体WM6打破的是2017年由美国国家强磁场实验室水冷磁体产生的41.4T的世界纪录。在全世界范围内，仅有美、法、荷、日、中五国建有稳态强磁场实验装置。但中美几乎主导了最近十年的稳态强磁场“竞速”。在WM6之前，中国科学家曾经在科学岛上制造了五台水冷磁体，三台都打破同类磁体世界纪录，是名副其实的“冠军队”。
2014年，荷兰奈梅亨强磁场实验室水冷磁体创造了37.5T；
一年之后，合肥科学岛上的强磁场科学中心的水冷磁体在32mm孔径中产生38.5T；
两年之后，美国国家强磁场实验室水冷磁体又创造出41.4T，反超中国；
一直到七年后的今年，WM6横空出世，一举将人类在水冷磁体上的极限稳态场强推进到了42.02T。
破纪录的一瞬间鸦雀无声
针对WM6的联调是从今年年初开始的。
在此之前，强磁场科学中心对水冷磁体的技术装备系统进行了全面升级。
匡光力告诉元新闻记者：因为磁体电流的增强，冷却时的最大瞬时热负荷也要相应提升。因此有三件事需要重点关注，一是提高直流电源供电能力；二是提高水系统冷却能力；三则是提高中央控制系统的控制保护能力。
而最关键的突破则发生在2024年9月9日上午10点左右。
磁体科学与技术部副主任张俊清晰地记得那个时刻。当天高场磁体运行监控中心的大屏显示，水冷磁体的磁体电流已经冲至历史性的48000安。
而48000安的磁体电流距离50550安的“终极目标”仅有一步之遥。
张俊犹豫了一下，他和高场水冷磁体组负责人房震商量了一下，决定趁势挑战“50550”。“因为当时‘48000’的时候，磁体的各项状态数据很稳定。”
中心的每个人都知道“50550”意味着什么——水冷磁体联调时，磁体电流每增加2000安是一个小坎，每增加5000安则是一个大坎，而“50550”则意味着再次突破人类上限，一旦电流达到50550安培，水冷磁体产生的强磁场就将超过42T，达到42.02T，反超美国国家强磁场实验室。
稳态强磁场刷新水冷磁体世界纪录
这一刻很快就来了。水冷磁体在32.3兆瓦的电源功率下产生42.02万高斯的稳态磁场。一举打破了2017年由美国国家强磁场实验室水冷磁体产生的41.4万高斯的世界纪录。
张俊告诉元新闻记者：本来心里预想的是，破纪录的那一下，中控中心一定掌声雷动，结果中控中心当时十几个人，一点声音都没有，地上掉根针都听得见。
“因为所有人都在听，大家都怕声音是从磁体那边传过来的”。
人类的第一次由水冷磁场创造出来的稳态42.02T维持了一分多钟，在这一分多钟里，鸦雀无声，空气中只有电流流过的声音。
匡光力后来总结：刷新世界纪录的WM6的水系统和电源系统仍有很大余量。WM6冲击42T的过程一炮打响, “因为方方面面准备得都很充分，可以说那个结果早就是‘笼子里的鱼’了。”
打基础的第六台水冷磁体
对于中国来说， WM6的意义可能并不止于打破世界纪录。
用匡光力的话说，研制42T水冷磁体，是要为下一代稳态强磁场大科学装置中系列最高场稳态磁场的研制奠定坚实的技术基础。
稳态强磁场42.02万高斯水冷磁体
中国的强磁场事业开始于20世纪60年代。1978年中国科学院等离子体物理研究所成立，其中设立了强磁场研究室，并于1992年建成了20T的磁体，使我国成为当时世界上拥有20T级以上稳态磁场的七个国家之一。
2007年，国家正式批复建设国家“十一五”重大科技基础设施——稳态强磁场实验装置(英文简称：SHMFF)。SHMFF由中国科学院合肥物质院、中国科学技术大学共建，各项任务依托强磁场科学中心完成。
SHMFF2008年开工，历时八年，直到2016年建成最核心的、也是世界公认技术难度最高的、可以产生最高稳态磁场的磁体——“混合磁体”，中国也成为继美国之后第二个拥有40T 级以上磁体的国家。
至此，我国稳态强磁场实验装置的十台磁体装置，包括四台超导磁体、五台水冷磁体以及一台混合磁体已经全部建成。2022年8月12日，SHMFF混合磁体产生了45.22T的稳态磁场，刷新了由美国保持了23年之久的同类型磁体的世界纪录，成为目前全球范围内可支持科学研究的最高稳态磁场。
而WM6的特殊之处就在于，它是十台磁体装置全部建成后，又一个全新的起点。
“42T就是要为未来的55T混合磁体打基础的。强磁场科学中心已经在规划下一代稳态强磁场装置，将建设以55T混合磁体、36T高均匀度超导磁体为代表的具有大幅领先世界水平的系列磁体装置。”匡光力表示：“我们将对磁体状态进行全面监测，然后看怎样改进磁体技术，为做更好的磁体提供详细技术信息。”
中美主导强磁场
全世界仅有五个国家拥有稳态强磁场实验装置，此前曾均以40T为目标。
1960年，美国首先在麻省理工学院建立了世界上第一个高场磁体实验室，后又在佛罗里达州斥巨资建立了新的强磁场实验室，当时的稳态磁场目标是40T。
20世纪80年代末和90年代初，日本在筑波建立新的强磁场实验室，稳态磁场目标是40T。法国格勒诺布尔强磁场实验室以及荷兰的奈梅亨强磁场实验室也将目标定在了稳态磁场40T。
中国则从2008年开始在合肥科学岛建设强磁场科学中心。
但最终达到40T的目前仅有中国和美国。
大约从十年前开始，中国和美国逐渐开始主导这一领域。
在混合磁体领域，美国在2000年实现45T，中国在2018年达到42.9T，并在四年后的2022年反超，实现45.22T；
在超导磁体领域，美国率先在2017年实现32T，同年中国实现27.2T，最终中国在2019年反超，实现了32.35T；
而在水冷磁体领域，中国在2015年实现了38.5T，美国在两年后以41.4T超过中国，而中国则在本月实现了42T。
“同行不会冷静下来，他们一定会想着超过我们的。”匡光力告诉元新闻记者：“科学的魅力就是在竞争中不断得到发展。”
他同时说，55T可能也不是终极目标，“但百米赛跑，高出0.01秒也是高，就像攀登珠穆朗玛峰一样，到了最后极限的时候，迈出的每一步都非常艰难。”
撰稿丨元新闻记者 梁巍
编辑丨徐宏博 美编 | 周继龙
校对丨胡威坤
审核 | 一审 梁巍 二审 潘艳刚 三审 杨宇坤
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