高磁场超导磁体

10T/100mm无液氦高磁场大口径超导磁体系统 中国科学院电工研究所研制成功具有10T高磁场、100mm孔径可以长期运行的无液氦超导磁体系统。该系统近日通过中国计量科学院的现场测试，可供长期稳定运行。 普通的高磁场超导磁体需要在液氦环境下运行，但是日益高涨的液氦价格使得磁体运行成本高昂，繁琐复杂的液氦操作也限制了超导磁体的广泛应用。研究和发展新型的超导磁体系统以消除对于液氦的依赖和节省运行成本具有重要的意义。中科院电工所王秋良研究组，长期致力于具有特种功能和结构的复杂磁场分布的高磁场超导磁体科学和技术的研究。在中科院重大仪器项目和国家自然科学基金资助下，研制成功具有10T/100mm大口径的无液氦高磁场超导磁体系统，解决了一系列关键的基础技术问题。研制成功的超导磁体可提供的最大磁场为10.3T，磁体的室温可利用孔径为100mm，运行电流为120A，超导线圈的整体温度之差小于0.1K，磁体的最低运行温度达到3.6Ｋ。超导磁体系统实现连续运行，先后提供给中国科学院理化技术研究所、西门子（中国）有限公司、天津医科大学、深圳大学、农业科学研究院等单位进行了物理和生物医学、海水淡化等方面的科学实验研究。 该项技术的发展极大降低了系统运行费用，为超导强磁场技术的应用开辟了一个新的时代，尤其对于需要长期运行的超导磁体（例如核磁共振NMR，MRI及其它科学仪器）具有重要的科学应用价值。系统的研制成功使得我国跻身于实用化超导磁体研究开发的国际先进行列。

p 　　近日，中国科学院电工研究所超导磁体及强磁场应用研究部王秋良团队采用自主研发的高温内插磁体技术研制的超导磁体产生了27.2T的中心磁场，这是由全超导磁体产生的世界第二高磁场。第一高磁场由日本理化技术研究所于2016年1月创造，测试结果为27.6T。 /p p 　　与其它高温超导带材制作的内插超导磁体相比，REBCO超导体因其抗拉伸强度高和高磁场下优异的载流特性，使得它适宜于绕制极高场超导磁体，但ReBCO带材的结构是层状的，在极高场条件下由于应力集中可能会出现分层的现象，导致磁体损伤，不能稳定运行。 /p p 　　王秋良团队致力于研究极高场内插磁体技术研究。针对ReBCO极高场内插磁体的应力集中问题，相继采用特制的绑扎装置对磁体外层导线予以保护，调整内插磁体线圈的分层结构降低REBCO导线上的应力水平，并利用分级设计的方式提高内插磁体的安全裕度等技术方式，使内插磁体的运行裕度得以大幅提高。自2017年5月11日获得25.7T全超导磁体，使我国成为世界上第四个实现25T以上全超导磁体技术的国家后，此次研制的高磁场超导磁体经液氦条件测试，内插线圈运行电流达到169.2A时，在15T的超导背场中产生了12.2T的中心磁场，实现了27.2T全超导磁体的稳定运行。这也是目前超导磁体稳定运行的最高磁场。 /p p 　　27.2T极高场全超导磁场的实现，标志着我国高场内插磁体技术已处于世界一流水平，为后续研制30T高场科学装置和GHz级别的谱仪磁体奠定了基础。 /p p 　　此项目获得了中科院前沿科学重点研究项目“极端物理条件的超导强磁装备的基础研究”，以及国家自然科学基金面上项目“高磁场内插多场耦合与临界参量退化机理研究”和“极高场无绝缘内插REBCO线圈失超后性能退化及应力集中问题研究”的资助。 /p

作者：郑金武 来源：中国科学报近日，中科院电工研究所研究员、中国科学院院士王秋良团队成功研制出9.4特斯拉（T）超高场人体全身磁共振成像超导磁体。在此前召开的技术成果鉴定会上，与会专家一致认为，这项成果达到国际领先水平，打破了国外对该技术的垄断。目前，国际上仅有英国特斯拉工程有限公司掌握该项技术，并已在全球装机5台。美欧等国的科研机构利用该磁体装配的磁共振成像设备，在生物医学研究领域取得了多项突破性进展。9.4T超高场人体全身磁共振成像超导磁体为当前高端医疗超高场磁共振成像设备的核心组成部分。与常规临床应用的1.5T和3.0T超导磁共振成像设备相比，9.4T超高场磁共振成像具备显著的优势。例如，能获得更高信噪比、更高分辨率的检测图像；成像速度更快；可对人体内含量较低的钠（23Na）、磷（31P）、碳（13C）、氧（17O）等成分进行成像。该设备可用于开展人体代谢、脑认知科学、神经科学等前沿科学领域的研究，还可用于帕金森症、阿尔兹海默症等神经退行性疾病以及恶性肿瘤的早期诊断。用于人体全身成像的9.4T超高场磁共振成像超导磁体，需要在800mm的大孔径内提供高均匀性和高稳定度的强磁场，研制难度极高。为攻克超高场磁共振成像超导磁体研制技术难关，王秋良团队以“十年磨一剑”的精神，克服了重重困难，突破了大尺寸超高场超导磁体极限电磁设计和制造等成套核心技术。经权威机构检测，该磁体的中心磁场强度达到9.4559T，室温孔径800.3mm，磁场稳定度0.022ppm/hr，400mm球形成像区域内磁场均匀性峰峰值3.05ppm，且实现了液氦零挥发的长期稳定运行。王秋良（右）团队在工作中。电工所供图9.4T超高场人体全身磁共振成像超导磁体。电工所供图团队表示，这项成果在我国超高场人体磁共振成像磁体技术领域具有里程碑意义，将使我国成为首个掌握该项核心技术的亚洲国家。

打破国外技术垄断 降低临床费用 　　2月25日，商用1.5T超导磁体在南京丰盛超导技术有限公司正式下线。这是我国首次完全依靠自己的能力掌握和生产超导磁体这一核心技术和核心部件，打破国外企业在该技术上的垄断地位，从而使我国成为世界上第4个具备超导磁共振制造能力的国家。 　　磁共振成像技术是当代临床医学中最为重要的医学影像诊断技术之一，多年来我国磁共振成像系统的研发只在低磁场的永磁体(0.5T以下低磁场)技术上徘徊，而对临床效果更好的超导型磁共振技术长期以来一直被国外所垄断，1.5T以上磁共振设备全部依靠进口。 　　为攻克这一难题，江苏省科技厅2010年组织产学研创新资金项目招标，将重大电子医疗装备关键技术及系统作为重点项目。从2008年起就一直致力于超导磁体研发的丰盛超导技术有限公司联合北京大学、江苏省人民医院进行了项目应标并一举中标。省科技厅划拨800万项目资金支持这3家单位联合进行高场超导磁共振磁体研发项目。2010年1月27日，作为3.0T超高场超导磁体研发项目的阶段性成果，首台1.5T超导磁体研制成功。时隔不到一年，丰盛超导技术有限公司又将这一重大科研成果转化为商业化产品，为将来开发3.0T等高端系列产品奠定了坚实的基础。 　　超导磁体的国产化将明显降低超导磁共振系统过高的价格，对扩大应用范围、解决老百姓看病难看病贵的问题起到促进作用，为提高全民健康水平作出贡献。目前，1.5T超导磁体已经启运前往苏州安科，并将与苏州安科自主研发的其他部件一起集成为可投入临床使用的磁共振成像设备。

近日，中科院电工研究所王秋良院士团队成功研制出9.4特斯拉（T）超高场人体全身磁共振成像超导磁体。在近期召开的技术成果鉴定会上，与会专家一致认为，这项成果达到国际领先水平，打破了国外对该技术的垄断。 目前，国际上仅有英国特斯拉工程有限公司掌握该项技术，并已在全球装机5台。美欧等国的科研机构利用装配该磁体的磁共振成像设备，在生物医学研究领域取得了多项突破性进展。 9.4T超高场人体全身磁共振成像超导磁体为当前高端医疗超高场磁共振成像设备的核心组成部分。与常规临床应用的1.5T和3.0T超导磁共振成像设备相比，9.4T超高场磁共振成像具备以下优势：能获得更高信噪比、更高分辨率的检测图像；成像速度更快；可对人体内含量较低的钠（23Na）、磷（31P）、碳（13C）、氧（17O）等成分进行成像。该设备可用于开展人体代谢、脑认知科学、神经科学等前沿科学领域的研究，还可用于帕金森症、阿尔兹海默症等神经退行性疾病以及恶性肿瘤的早期诊断。 用于人体全身成像的9.4T超高场磁共振成像超导磁体，需要在800mm的大孔径内提供高均匀性和高稳定度的强磁场，研制难度极高。为攻克超高场磁共振成像超导磁体研制技术难关，研究团队以“十年磨一剑”的精神，克服了重重困难，突破了大尺寸超高场超导磁体极限电磁设计和制造等成套核心技术。经权威机构检测，该磁体的中心磁场强度达到9.4559T，室温孔径800.3mm，磁场稳定度0.022ppm/hr，400mm球形成像区域内磁场均匀性峰峰值3.05ppm，且实现了液氦零挥发的长期稳定运行。 这项成果在我国超高场人体磁共振成像磁体技术领域具有里程碑意义，也让我国成为首个掌握该项核心技术的亚洲国家。

日前，记者从中科院电工研究所获悉，该所王秋良研究组采用自主研发的高温内插磁体技术，将YBCO内插磁体在15T超导背场下的中心磁场提高到了24@4.2K，使得我国成为继美国、日本、韩国之后实现24T全超导磁体的国家。　　与Bi2223内插超导磁体相比，YBCO超导磁体具有更高的上临界磁场和临界电流，运行稳定性更高，更易获取极高磁场。目前仅有美国国家高场实验室、日本东北大学高场实验室以及韩国的一家超导公司能够实现24T以上全超导磁体。　　王秋良研究组采用YBCO带材研制高场内插磁体。研究人员采用分级设计的方式提高了整个线圈的安全裕度，并通过特殊设计的焊接装置制作了性能优良的磁体接头，制作的内插磁体在液氮测试条件下当运行电流为32A时，中心磁体达到了1.62T@77K。而在液氦测试条件下，内插磁体在运行电流为167A时，在15T的超导背场中产生了9T的中心磁场，从而实现了中心场为24T的全超导磁体，其最高场为24.3T。　　24T极高场全超导磁场的实现，标志着我国在研制高场内插磁体方面走在了世界前列，也标志着我国逐步吸收和掌握了极高场磁体的制作技术并积累了丰富的经验，为实现GHz级别的谱仪磁体和极高场大科学装置奠定了基础。

2月8日，记者从中科院电工研究所获悉，该所王秋良研究组在国家支撑计划支持下，采用多级振动隔离制冷机振动与分离小腔液氦液化回流技术，研制出国际上首台商业化主动冷却零挥发液氦400 MHz核磁共振谱仪磁体系统和10~12T/100mm高稳定度超导磁体系统。 　　高场及高均匀度超导磁体系统对磁场均匀度和振动有着较高要求，一般需要在中心区域产生达到10~8量级的磁场均匀度，为了达到磁场的高均匀性，需要对系统的振动进行有效约束。对上述两套高场、高均匀度超导磁体系统进行的低温实验表明，在超导磁体产生的磁场强度和均匀度满足设计要求的情况下，磁体系统的振幅减小至0.02~0.1mm量级，完全满足了超导磁体对磁场均匀度和振动方面的苛刻要求。 　　据介绍，目前我国液氦资源主要依赖美国进口，而中科院电工所研发的两套无须补充液氦、零挥发高磁场磁体技术的系统，标志着我国率先实现了商业化、微弱振动高场、高稳定度超导磁体系统样机的研制，这将在很大程度上降低超导磁体对液氦资源的依赖性，也将进一步扩大超导磁体的应用领域。

p 　　8月18 日，由潍坊新力超导磁电科技有限公司自主研发的全球首台3.0T/850型核磁共振分子成像超导磁体样机获得成功。由中国科学院院士叶朝晖等组成的权威专家检测组表示，该磁体各项指标均满足于3.0T核磁共振系统高质量成像要求，达到国际先进水平，在临床应用及医疗科研方面具有重大的现实意义。它的问世不仅打破了国外技术长期垄断，也标志着我国高端医疗影像装备研发已走在世界前列。 /p p 　　核磁共振分子成像超导磁体是核磁共振系统中最核心的部件，其磁场强度、稳定度、均匀度对系统形成的图像影响较大。850型超导磁体专为亚洲人体型设计，室温孔径850mm，磁体重量6000公斤，液氦容量1000L,中心场强达到3.0± 0.015T(特斯拉)，磁场均匀度≤10ppm，应用于3.0T核磁共振系统上可进行全身各部位高质量扫描，是目前世界上最先进的高端医疗影像设备之一。相比传统的1.5T核磁共振系统，具有成像速度快、图像质量高、扫描噪音小等明显的技术优势，使患者可得到最快捷、最精准的诊断，为疾病的有效治疗赢得宝贵时机。 /p p 　　该磁体是山东省重点研发计划项目。据国家磁电与低温超导磁体应用产业技术创新战略联盟理事长、潍坊新力超导磁电科技有限公司董事长王兆连介绍，磁体设计了先进的低温系统，可达到液氦零挥发，大大降低了设备使用成本和维护费用。同时，磁体还设计了监控模块功能，可有效监控磁体4K压力、液位等运行数据，以确保磁体安全运行。 /p

近日，牛津仪器在西班牙马德里自治大学成功安装了一套高场磁体系统，这将成为美国强磁场实验室等大型强磁场实验装置外超导磁体能产生的最强磁场！马德里自治大学的项目负责人Guillam博士及其团队将在这套22T超导磁体上搭建显微平台，以提升这套系统在显微领域的研究能力。强磁场下的显微实验使电子关联变得直观可见，对解释石墨烯、纳米技术、超导或磁性等凝聚态物理领域的一系列问题，都是必不可少的实验手段。在本项目的框架下，将通过研究新型铁基超导材料来研究高温超导的起源。“有了这套磁体，我们将显著增加可用于STM研究的磁场强度，特别是我所关心的磁场强度/温度比。多亏这套设备，我们能真正开辟新的道路”。Guillam博士说：“新磁体产生的极强磁场，配合上STM，将使我们能够以一种前所未有的方式，从微观上洞察新奇的电子现象”。 牛津仪器将继续以支持中国科学研究发展为己任，为中国广大科研人员提供高性能、高可靠性的产品；同时我们遍布全国的服务团队也可以为用户提供系列服务套餐，包括配件和耗材、延保合同、产品培训、服务维修和技术支持等。更多信息，欢迎关注牛津仪器微信公众号：“牛津仪器科技”

2013年12月11日，布鲁克公司(纳斯达克：BRKR)今天宣布成功安装世界首台紧凑型、占用单楼层实验室、主动制冷900兆Ascend&trade Aeon超导磁体。用户为美国加州大学圣地亚哥分校 (UCSD)。 此系统采用了Aeon 技术，在磁体设计中集成了先进的制冷技术，不再需要传统磁体那样定期补加液氦液氮。该系统可以为核磁共振 (NMR) 客户带来无与伦比的便利性。 　　Ascend&trade Aeon 900是一种不用液氮，使用氦再液化技术的超导磁体系统。它提供可以长期、放心的操作，无需用户维护。传统900兆的磁体需要占用两层实验室。凭借在超导材料、连接技术和磁体设计方面的进步，新的紧凑型Ascend&trade Aeon 900磁体可以放置在单层实验室。现在，研究人员可在有限的核磁共振 (NMR) 实验室空间里，受益于世界首台单楼层900兆磁体为固体核磁提供的高灵敏度和图谱分散特性。新磁体高度的降低以及最小的漏磁场提供了最大限度的选址灵活性，并降低核磁共振 (NMR) 实验室准备方面的成本。 　　布鲁克公司一直在应对潜在液氦短缺和液氦成本增加等问题。今年早些时候，布鲁克公司将此Aeon技术引入400-700兆核磁共振 (NMR) 磁体中，而现在引入到900兆核磁共振 (NMR) 磁体中。 　　美国加州大学圣地亚哥分校购买了布鲁克公司带有AscendTM Aeon 900磁体的AVANCE &trade III HD NMR谱仪。该校生物医学技术研究中心将最先进的核磁共振技术用于蛋白质分子结构研究。 　　(编译：杨娟)

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近期，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心陆轻铀课题组在极端与强振动条件下扫描探针显微镜（SPM）研制领域取得新进展，研制成功了国际首个适用于干式超导磁体的插杆式扫描隧道显微镜。相关研究成果发表在显微镜领域期刊Ultramicroscopy上。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 扫描隧道显微镜（STM）作为扫描探针显微镜大家庭的代表，具有实空间的原子分辨率和动量空间的高能量分辨率，并可拓展到丰富的测试条件（低温、强磁场、光场、溶液等），是基础科学研究领域重要且独特的测试手段。但是，STM对外界振动和声音等哪怕很微弱的干扰都异常敏感，所以现有的低温高场STM设备多是基于振动和声音干扰都很弱的湿式（浸泡式）超导磁体来搭建，其弊端也逐渐显现：设备高度依赖液氦的供给，而液氦的供应日趋紧张，运行费用不断增加；此外，一幅高像素的STM谱图往往需要数天乃至数周的连续稳定测量，而湿式超导体通常很难一次性维持如此之久。目前的趋势是由依赖液氦降温至超导态的湿式磁体逐渐转向利用氦循环制冷机（无需补充液氦或氦气的封闭系统）降温的干式磁体，并且已经在很多测试手段（输运测试、核磁共振、样品生长等）中取得应用，但在STM应用领域还属空白，其主要是因为无液氦超导磁体工作时产生的超强振动和声学噪音。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 陆轻铀课题组长期致力于恶劣条件下的STM研制工作，先后研制出适用于狭小空间恶劣环境原子分辨率STM成像的多种高刚性、高稳定压电马达，如GeckoDrive、TunaDriver、PandaDrive和SpiderDrive等及其构筑成的SPM，并在水冷磁体极其恶劣的振动环境下获得了磁场高达27T的石墨原子分辨率STM图像，相关成果发表于Review of Scientific Instruments，Ultramicroscopy，Scanning，Nano Research等。研究组先后获得20余项国家发明专利的授权。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 陆轻铀课题组基于牛津仪器上海Demo实验室提供的8T干式超导磁体TeslatronPT平台，磁体配备的可变温插件（VTI）可实现1.5–300K控温，其样品腔直径为50mm。所研制的插杆式STM系统主要包括：高抗振STM镜体、减震绝热插杆、高性能控制器等。STM镜体采用了SpiderDrivr作为粗步进驱动马达，外径仅15mm，这样可在其外部构建隔音罩并仍能够植入磁体中；插杆则采用二级隔振和多级隔热配重结构，有效地阻止了振动传入和漏热；自行研发的STM控制器单元拥有多带宽和多倍数放大选择，可获得更加优异的扫描控制表现。经过测试，该STM在TeslatronPT平台最高磁场8T和接近最低温度1.6K下给出石墨、NbSe2超导体等样品的高质量原子分辨率图像，并能给出NbSe2在其超导转变温度附近能隙打开过程的隧道电流dI/dV谱。虽然该研究是基于8T干式超导磁体，但技术上也完全适用于更高强磁场的干式超导磁体。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 强磁场中心的孟文杰与王纪浩为论文的共同第一作者，侯玉斌为共同通讯作者，论文署名单位还包括合肥中科微力科技有限公司。该工作受到科技部、国家自然科学基金委、中科院合肥科学中心、中科院科学仪器专项资助。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 　　 a href=" https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304399118301864" target=" _self" style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 文章链接 /strong /span /a /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/c5edc420-0515-449d-92ca-98dd1ca73878.jpg" title=" 图（a）插杆式STM模型图；图（b）变温条件下对NbSe2的超导能隙的解析；图（c）0到8T变场过程石墨原子分辨率成像（原始数据）.png" alt=" 图（a）插杆式STM模型图；图（b）变温条件下对NbSe2的超导能隙的解析；图（c）0到8T变场过程石墨原子分辨率成像（原始数据）.png" / /p p style=" text-align: justify " 图（a）插杆式STM模型图；图（b）变温条件下对NbSe2的超导能隙的解析；图（c）0到8T变场过程石墨原子分辨率成像（原始数据） /p

11月13日下午，中国科学院强磁场科学中心磁体实验大厅一片欢呼，我国自主研制的混合磁体装置调试获得成功，实现了任务目标——40万高斯稳态磁场。　　“这台混合磁体装置也正式成为磁场强度在世界排名第二高的稳态强磁场装置，不久还有望冲击45万高斯稳态磁场的世界纪录。”中国科学院合肥物质科学研究院院长兼强磁场中心主任匡光力告诉《中国科学报》记者。　　匡光力介绍，混合磁体由外超导磁体和套在其中的水冷磁体组合而成。一个月前，水冷磁体单独调试成功，能够产生30万高斯的稳态磁场 一周前，低温孔径达920毫米的大型高场超导磁体调试成功，能够产生10万高斯的稳态磁场。今天，两个磁体成功合体，共同产生了40万高斯的稳态磁场，终于圆了相关科研人员奋斗了八年的梦想!　　强磁场是支持科学前沿探索的一种极端实验条件，磁场越高，科学发现的机遇越多，因此，强磁场装置必然追求更高的磁场。匡光力说：“追求极高的磁场就像攀登珠穆朗玛峰，到达极限之前，需要克服许多困难方能成功。”　　混合磁体是国际上产生最高稳态磁场的主要选择，但选择它就意味着选择了一系列重大技术挑战——其水冷磁体必须解决材料和结构的优化选择问题，面临巨大电磁力和严峻的发热问题，差之毫厘，失之千里，且给它供电的数千万瓦级的稳态直流电源本身也是一项重大技术挑战 其超导磁体孔径巨大，导体的材料选择、结构选择和磁体生产工艺以及与之配合的低温冷却技术等都是技术难题，此前国际上已有多个大型高场超导磁体因技术问题而失败，而我国在高场超导磁体技术方面原有基础薄弱。　　混合磁体研制难度大不仅体现在上述方面，看似简单的磁体安装稍有偏差即可能导致巨大破坏，两个磁体的磁中心面或磁轴如不能重合，即便相差一毫米，磁体也将面临数吨的相互作用力。一位著名的国际强磁场技术专家此前曾一再感叹：“世界上还没有真正完全研制成功的混合磁体装置。”　　刚调试成功的混合磁体装置是中国科学院强磁场科学中心承担的国家“十一五”重大科技基础设施——稳态强磁场实验装置项目所包含的九台磁体装置中产生磁场最高的磁体，也是最后研制成功的磁体，此前研制成功的水冷磁体中有三台创造了单项世界纪录。　　这次混合磁体的调试成功标志着强磁场中心承担的稳态强磁场装置项目的主要任务已经完成，它的研制成功是我国强磁场技术发展的重要里程碑。据悉，混合磁体装置将主要用于新型功能材料的量子行为研究。

中科院高能物理研究所超导磁体工程技术研究中心日前举行了挂牌仪式，我国第一个面向大型超导磁体民用化的创新平台正式在山东潍坊落户。 　　大型民用超导磁体在我国尚属空白，最为大家熟悉的就是医疗上使用的核磁共振成像仪，该装置属于技术密集型的全球朝阳产业，但目前我国完全依赖进口，每年约400台，耗资约40亿元人民币。因此，用高能物理所常务副所长王贻芳的话说，超导磁体工程中心成立的重要宗旨之一，“就是要成为我国大型超导磁体技术的创新源泉与产业化先导基地”。 　　虽然超导磁体工程中心筹建工作不过才几个月的时间，但高能所在大型磁体民用化与工业化方面的尝试，却已经积累了数年的经验。早在2002年，高能所承担了为北京正负电子对撞机重大改造工程上的北京谱仪研制大型超导磁体的任务，到2007年该项任务成功完成，极大地增强了高能所研制大型超导磁体的自信心。 　　王贻芳表示，基础研究和大科学工程长期以来受到国家支持，既是高技术的市场, 也产生了许多新的高技术，我们应将大科学工程中掌握的技术回报给社会。多年来，我国的大型超导磁体民用化领域完全被国外垄断，虽然现在有少数民营企业开始注意到这一点，并力图有所作为，但他们使用的设备、技术，甚至是专家都是从国外引进的，国内在核心技术上尚属空白。 　　实际上，这是一个技术要求很高、风险也很高的领域，高能所是我国较少数拥有这种技术实力与积累的科研单位，因此，勇敢地担负这种责任，对他们来说也意味着一种义不容辞的责任。王贻芳说：“国家对基础科学的支持不仅要考虑科学产出，也要考虑社会效益，大科学工程在其研制过程中，会不断衍生出可用于工业生产的新技术，将其转化为生产力，可大大促进国民经济的发展。” 　　另一方面，担负这种责任，对该领域的科研人员来说，也部分源自对大型超导磁体在我国几十年曲折发展经历的目睹。从参加挂牌仪式的科研人员，以及工程中心学术委员会成员的年龄结构上看，有一个明显的“断层”：长者多已年逾七十，而此后便是工程中心主任朱自安这一拨四十出头的人，巨大的年龄断层，见证了我国大型超导磁体这一高风险领域在长期发展中的艰辛。而这其中的苦衷，大多只有局内人深知。 　　因此，在王贻芳、朱自安等人看来，将这一高科技领域向民用化推进是他们的历史责任。 　　与超导工程中心相对应，高能所在山东潍坊的合作单位，山东华特磁电科技股份有限公司成立了一家名为“新力磁电”的子公司，负责超导磁体的产业化工作，如果说超导工程中心是一个民用化平台，新力磁电则是一个产业化的平台。 　　尽管这两个平台刚刚搭建，而几年来双方的共同努力已经初见成效，2008年底验收合格的超导除铁器，目前已到了中试的尾声，据朱自安介绍，未来一两个月内可正式投产。目前工程中心的研发重点项目——核磁共振成像仪，也已经顺利地研制出了第一台样机。 　　超导磁体民用化的前景相当广阔，涉及节能、环保、健康等诸多领域。超导工程中心下一步要进行的研发项目还包括用于选矿的磁选机，以及用于工业污水处理的水处理器。

GE医疗天津磁共振生产基地第1000台超导磁体下线 2020年5月22日，天津——今天，GE医疗宣布天津生产基地迎来千台超导磁体的正式下线。这是继2018年初标志性产量的超导磁体下线、2019年启动高端3T磁共振生产线后，天津生产基地在产能与产量上实现的又一里程碑式的跨越。随着此次千台超导磁体的下线，加之高端 3.0T 磁共振全系统生产线完成验收并投入使用，GE医疗天津工厂在国产制造方面得以更多样化的产品交付能力，更好地满足中国及全球市场的多元化需求。 GE医疗天津磁共振生产基地成立后，磁体产能就实现了年均70%以上的增幅（2014-2018），到2019年天津工厂成立5周年之际，磁体产能实现了5年翻十倍。截至目前，在短短不到一年的时间里，GE医疗天津磁共振生产基地的超导磁体年产能已超过预期计划，超导磁体出口从2018年启动，目前出口比例已超过10%，真正实现了立足中国本土、面向全球。 除磁体产能不断提升、并向更广阔的国际市场供货的同时，天津工厂制造的高端3.0T磁共振产品也迅速开始量产。目前，3.0T磁共振产量占GE全球总产量的比例持续上升。公开的第三方市场调研数据显示：2019年，中国超导磁共振市场规模约1500台，而GE医疗天津工厂交付的设备占据约15%的份额，成为目前中国最大的磁共振设备生产基地。 “天津工厂1000台磁体下线的背后，倾注着天津工厂每一位员工的心血，以及跨团队、跨部门的通力协作，更离不开天津市政府、滨海新区及海关等相关机构的大力支持。”GE医疗天津磁共振生产基地总经理陈一鹏表示，“生产高端磁共振，对制造企业的制造工艺、流程操作、质量监测等环节均有极为严格的要求。天津工厂从建成之处就开始布局高端磁共振生产，强大的技术实力和得天独厚的‘智造’理念，让挑战迎刃而解。2018年初，天津工厂搭建了3T磁共振系统集成测试屏蔽间，配备更为完整的液氦回收系统，同时引进了美国研发团队设计的3T系统柜的自动测试系统，超导磁体保温系统组装工装也是由国际领先的供应商专门为3T磁体定制；加上数百项磁体测试内容、百余项磁体测试内容、世界级的测试系统加流程、智能仿真使用场景、冷头装配视觉辅助系统等工具，不断打磨高精尖技术实力，加速智能制造升级，让今天的天津工厂在高端磁共振领域树立起GE医疗国产制造的一面旗帜。未来，GE医疗将秉持矢志耕耘中国医疗事业的初心和长期承诺，继续深入推进本土化战略的落地，为新基建和加速实现智造强国持续贡献一己之力。” 从2014年6月成立至今，GE医疗天津生产基地通过不断加速产品开发与量产、严格执行全球质量控制体系，取得并持续保持卓越质量体系认证的要求，秉承质量第一的理念，融合精益制造和6 sigma，强化质量意识，增强渠道资源和优化供应链，制造高质量的医疗影像诊断产品，已发展成为广受客户认可、也是GE医疗在美国本土以外唯一具有超导磁共振全产品线生产能力的工厂。当前，GE医疗天津工厂的产品线覆盖三大类、十几个产品，包括超导磁体、1.5T 系列产品及3.0T磁共振产品供货海外130多个国家和地区，磁体和磁共振系统的产能持续增长。 GE医疗天津磁共振生产基地正在以持续的技术创新和先进的智能制造理念，带动供应链上下游持续发展，助推高端医械制造强基，让中国制造的世界级品质享誉全世界。

在改造北京正负电子对撞机的过程中，中科院高能物理研究所自主研发了一整套超导磁体应用技术。在对撞机改造完成后，科研人员并没有让发明的新技术“锁在深闺”，而是带着技术，走向企业。日前，一个以超导磁体技术应用为方向的研究单位——中科院高能所超导磁体工程技术研究中心在山东潍坊成立。 　　该中心是在潍坊市政府和潍坊国家级高新技术开发区的支持下，在高能所与山东华特磁电公司多年合作的基础上落户潍坊的。中心将主要开展工业应用超导磁体的研制与开发，力争建成我国超导磁体的工程技术研发基地，进行超导磁体产业化。 　　据了解，目前我国超导核磁共振市场为若干国外大企业所控制。这些国外企业凭借技术优势垄断关键核心部件——超导线圈的供应，封锁和限制国内企业向高端产品发展，导致超导核磁共振设备价格高昂，进而给患者带来高额的诊疗费用。该中心的成立对打破国外大企业对超导核磁共振产业的垄断，促进民族产业的发展，大幅度降低核磁共振检查费用具有重要意义。

近日，中国科学院高能物理研究所研制成功场强为1.5特斯拉的核磁共振成像超导磁体，为实现该产品国产化奠定了基础。 　　超导磁体是核磁共振成像设备的核心关键部件，长期以来，国内核磁共振成像产业的发展受制于国外对核磁共振超导磁体技术和产品的垄断。该技术的突破，为国内整机系统厂家提升产品性能和档次解决了关键难点，将改变国内该产业的被动局面，促进产业提升。打通了超导磁体这个关键环节，还能形成从超导材料、超导磁体到整机系统的国产化产业链。 　　高能所运用其在国家大科学工程建造中掌握的超导技术研制成功了这台医用超导磁体。在研制过程中，突破了多线圈设计、线圈绕制和稳定、杜瓦吊挂、超导开关、超导接头、失超保护、电流引线、液氦液面测量等众多的关键技术及工艺。高能所已与潍坊新力超导磁电公司开展合作，进行核磁共振成像超导磁体的产业化。

近日，中国科学院高能物理研究所高场超导磁体团队研制的全国产超导二极实验磁体，在新一轮性能测试实验中取得重要进展，该磁体在4.2K下两个孔径内实现超过12特斯拉（T，Tesla）磁场强度，达到超导线材临界性能的85%以上。该磁体从结构设计，超导材料、电缆及磁体的制备，到相关的装备与测试平台，均基于国内自主技术路线，并实现了完全国产化。目前，加速器超导磁体的最高场强记录为欧洲核子研究中心（CERN）保持的16T无孔径二极实验磁体，以及美国费米实验室（Fermilab）于2020年创造的14T单孔径二极实验磁体。12T双孔径的性能指标，居于国际前列，且该磁体是迄今国际上唯一一个采用不同超导材料组合线圈结构达到12T二极场强的磁体，也是加速器高场超导磁体自主核心技术发展的关键进展。CERN大型强子对撞机高亮度升级（HL-LHC）原项目负责人、意大利米兰大学物理系教授Lucio Rossi等对该工作给予积极评价。高场超导磁体提供的强磁场可以实现高能量带电粒子束流的轨迹及尺寸控制，是基础物理研究、先进核聚变能源技术以及高能量粒子加速器建设的核心需求。欧美未来十年高能物理发展战略中均把高场超导磁体技术列为优先发展的关键核心技术之一；国内外正在开展的热核聚变实验堆计划也依赖高场超导磁体技术。同时，性能大幅提升的下一代高场超导磁体技术，有望在高精度医疗、低损耗电力及交通系统等民生领域得到广泛的应用，助推我国国民健康的发展、碳中和目标的实现以及相关高科技产业群的形成。研究工作得到中科院战略性先导科技专项（B类）“下一代高场超导磁体关键科学与技术”、国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项的支持。自主路线超导二极磁体场强达到12特斯拉

4月，中科院电工研究所王秋良研究组与宁波健信机械有限公司合作，成功研制出国内首台0.7T开放式核磁共振成像用超导磁体系统。 　　该系统由上、下2个大分离间隙的超导磁体系统与复杂形状的铁轭组成，以1台GM制冷机实现系统的液氦零挥发，具有自适应平衡结构克服超导线圈与铁轭之间的巨大电磁力，带铁轭的超导磁体构成磁回路，有效屏蔽磁场的发散(5高斯线小于4m)，系统成本降低和磁场均匀度提高。 　　开放式核磁共振成像系统具有开放度大，便于实现介入治疗与治疗一体化的特点，能够达到实时监控与减少患者幽闭症的效果。目前开放式核磁共振成像系统主要为永磁型核磁共振成像系统，中心场强度最大0.5T。0.7T开放式超导磁体核磁共振成像系统造价低于0.35T永磁磁共振系统，采用液氦零挥发技术极大减小了液氦的消耗量，具有结构简单紧凑、磁场强度和均匀度高、可操控性好、运行平稳可靠、磁场连续可调、节能、经济、环保等优点，性价比突出。 　　研制成功的0.7T开放式核磁共振超导磁体系统与梯度线圈、射频线圈和图像处理软件系统等构成的开放式核磁共振系统将由宁波健信机械有限公司进行产业化生产，预计产值达到10亿元人民币以上。该系统的成功研制提升了我国在超导磁体技术产业化和高性能医疗核磁共振成像装备方面的能力和水平，具有良好的经济、社会效益。

加利福尼亚州阿西洛马-2019年4月8日-在第60届实验核磁共振会议上（ENC）今天，Bruker公司宣布在超高场（UHF）高分辨率NMR波谱学中取得突破性进展，该成果将应用于结构生物学和固有无序蛋白（IDPs）的研究。UHF NMR技术与X射线晶体学或低温EM等其它结构生物学分析方法互为补充，可以提供溶液和生理条件下的蛋白质分子动力学、功能性折叠以及与药物分子的结合等信息。布鲁克在2018年末成功地推出了世界上第一台稳定且均匀的标准腔 Ascend 1.1GHz NMR磁体。该磁体的开发旨在满足科学家们在研究更大分子量的蛋白质，功能无序性和大分子复合物过程中日益增加的灵敏度和更高分辨率的科学需求。最近几个月，Bruker和一些重要的UHF合作者在Bruker瑞士的GHz级磁体工厂通过一系列高分辨率和固态NMR实验展示了这一前沿技术的强大功能和优势。多年来，高分辨率NMR仅限于23.5特斯拉的磁场，相当于1.0GHz的质子（1H）共振频率。这个限值是由金属低温超导体（LTS）的物理性质决定的，第一台Avance 1000 NMR波谱仪是2009年在法国里昂的超高场磁共振中心实现的。高温超导磁体（HTS）最早发现于20世纪80年代，它为在低温下获得更高磁场打开了一扇大门，但YBCO HTS磁带制造和超导磁体技术中的巨大的挑战使得UHF进一步发展直到最近都令人望而生畏。Bruker的新型高分辨率1.1GHz磁体的推出很好地证明了新的LTS-HTS混合磁体技术的可行性，在HTS材料制造，测试和磁带连接以及UHF磁体稳定，均匀性，淬火保护和动力控制领域都取得了巨大的进步。布鲁克Biospin集团总裁Falko Busse博士说：“这款破纪录的25.9特斯拉NMR谱仪很好地展示了我们在LTS-HTS混合超导磁体领域以及UHF NMR探头和谱仪开发领域的技术能力”。“Bruker很自豪能够再次为生命科学研究界提供一种全新频率的NMR波谱仪，来推动生物化学，结构生物学和材料学走在研究的前沿。这个1.1GHz的系统也是我们开发第一个1.2GHz NMR磁体过程中的关键一步。”来自意大利佛罗伦萨大学磁共振中心和化学系的Lucia Banci和Claudio Luchinat教授是布鲁克UHF项目的长期合作伙伴，有望完成世界上第一台高分辨率1.2GHz波谱仪。在1.1GHz系统上进行实验后，他们表示：“我们对关于UHF NMR的这一重要成就表示赞赏。我们用一个3毫米TCI超低温探头在这种场强下实现了1.1GHz，不能不说这一进步十分惊人，这让我们能够在原子分辨率水平上更详细地研究固有无序蛋白质的结构。在1.1GHz谱仪上采集的实验数据很好地展示了超高场NMR实验的优点，我们期待着不久的将来能够在1.2GHz谱仪上进行实验。”“我们对布鲁克的UHF磁体技术印象深刻，这让我们可以和111 kHz魔角旋转（MAS）固态NMR探头一起进行测试。一位来自苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）的1.2GHz潜在用户Beat Meier教授这样说道，“明显提升的灵敏度将是生物和生物医学研究中成功的一个关键点，例如针对蛋白质复合物和阿尔茨海默-β纤维。”来自苏黎世联邦理工学院（ETH）的Matthias Ernst教授继续说道：“这种新仪器的灵敏度令人印象深刻，高速MAS下质子检测的新应用将成为可能。此类新型高温超导磁体的均匀性是无可挑剔的，符合我们对均匀性的严格要求，这也是领域里一直备受关注的问题。”德国哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所主任兼研究员的Christian Griesinger博士观察到：“结合静态X射线结构，这1.1GHz数据首次定量解释了FRET（福斯特共振能量转移）效率。这一量化结果为传感器研究开发人员进一步优化钙离子传感器打下了坚实的基础，钙离子传感器是利用空间分辨荧光分析技术测量神经元中钙浓度的关键点，因此也是神经生物学中必不可少的工具。我们期待着1.2GHz波谱仪的诞生，并把它用于目前的项目中来表征固有无序蛋白质的液滴和低聚物，这些蛋白质是许多疾病的主要参与者，例如神经变性和癌症。这些重要的无序系统目前无法用结构生物学中的其他方法，如X射线结晶学或低温电子显微镜，以埃分辨率进行研究。”来自田纳西州孟菲斯市St. Jude儿童研究医院的结构生物学系主任Charalampos Kalodimos博士说，一旦工厂完成所有测试，他们有望获得世界上第一台1.1GHz NMR光谱仪。他又补充道：“我们期待着今年晚些时候，我们的机构将收到第一台1.1GHz NMR波谱仪。1.1GHz系统将是我们在动态分子机器领域进行研究的最重要的工具，例如对分子伴侣和蛋白激酶的研究。我们对布鲁克能够取得这一巨大的技术成就表示由衷的赞美。”布鲁克公司今天还宣布，它已收到德国柏林Leibniz Forschung分子药理学研究所教授Hartmut Oschkinat和Adam Lange的1.2GHz NMR系统的额外采购订单。Bruker公司现在总共已收到九台1.2GHz NMR波谱仪的采购订单，到目前为止全部都在欧洲。关于布鲁克公司布鲁克公司致力于为科学家们创造有利条件，实现技术突破，并且开发一系列全新的应用程序，以便提高人们的生活质量。科学家们借助于布鲁克公司的高性能科学仪器以及高价值分析和诊断解决方案，能够在分子、细胞和微观层面对生命和物质进行研究和探索。布鲁克公司与客户密切合作，在生命科学分子研究、应用和制药应用、显微镜和纳米分析、工业应用、细胞生物学、临床前成像、临床表型组学和蛋白质组学研究，以及临床微生物学领域推动创新，提高生产力，并且为客户实施的方案和项目助一臂之力。

今年2月，专家组在中国科学院强磁场科学中心完成对混合磁体工艺测试验收，这也意味着中心顺利完成国家“十一五”重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”混合磁体的各项建设任务。　　从2008年5月40T稳态强磁场项目启动，到2011年7月试验磁体通电测试成功，国内首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体研制完成 到2016年11月，混合磁体大口径外超导磁体研制成功，获得10特斯拉磁场，成为国际超导磁体技术发展的一个重要成功案例 再到外超导磁体和内水冷磁体成功合体，产生40特斯拉磁场强度，成为国际磁场强度第二高的稳态磁体装置——8年时间里，强磁场人完成了一个又一个跨越，但只有他们心里清楚自己经历了怎样的煎熬，收获了多少悲与喜，以后的路又在何方。　　选择困难的混合磁体　　混合磁体由内部水冷磁体和外部超导磁体组合而成。其中，水冷磁体必须解决材料和结构的优化选择、巨大电磁力和严峻的发热问题 超导磁体孔径巨大，导体的材料选择、结构选择和磁体生产工艺都是技术难题。　　中国科学院合肥物质科学研究院院长、强磁场科学中心主任匡光力介绍道，此前，世界上没有如此大型的铌三锡超导磁体装置能够产生10特斯拉稳态磁场，也没有能产生10特斯拉稳态磁场的超导磁体装置能够达到如此大的口径。　　不仅磁体本身是个挑战，与之配合的数千万瓦级的稳态直流电源系统、低温冷却系统、去离子水冷却系统等均是一个个不容置疑的难关。　　比如，低温阀箱是一个集真空环境、低温液氮容器(液氮槽工作温度77K)、低温液氦容器(过冷槽工作温度4.5K)、一对16KA高温超导电流引线和13个WEKA低温阀门于一身的十分特殊的非标压力容器。“其设计历时五年，绘制图纸1170余张，在约1.5立方的狭窄空间里累计使用各种规格管材累计总长2460米，阀箱总共焊缝数量5811条。”强磁场科学中心研究员、磁体科学与技术部副主任欧阳峥嵘告诉《中国科学报》记者。　　此前，国际上已有多个大型高场超导磁体因技术问题而失败，而我国在高场超导磁体技术方面原有基础薄弱。“混合磁体又是国际上追求更高稳态极端场强的首选，选择了它就注定选择与困难结缘。”强磁场科学中心研究员陈文革说。　　与强磁场同喜同忧　　为了安全，超导磁体组决定先研制一款磁场强度低、口径小，但选材、加工工艺完全相同的试验磁体，试验磁体在2011年7月份通电测试成功，它是国内首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体。　　研制人员首次获得莫大的喜悦与鼓励，坚信“国产”高场混合磁体必能成功。同时据相关人员回忆，当时的通电测试过程“无数次的测试与调整，让通电过程变得异常煎熬漫长”。　　真正的混合磁体研制开始上马，股线绞缆、穿管成型、绕制、超导接头制作、热处理、绝缘处理、装配大工艺流程套着小工艺流程，任何一个环节差之毫厘、谬以千里，研制人员憋着气有条不紊地一步步往下走，在每一个大节点小节点处，结果都扣人心弦，他们像坐过山车，在喜与忧的道路上奔跑，不得停歇。　　长期小心再小心的工作状态逐渐内化，陈文革的“胆子小”现在几乎是全中心尽人皆知了。　　箭在弦上 不得不发　　2016年底混合磁体首次调试达到工程验收指标——磁场强度达到40特斯拉，就在人们欢心鼓舞之时，却在一次上电励磁时磁体系统发生了故障。混合磁体验收在即，一层厚厚的阴霾顿时笼罩强磁场中心。那段时间人人脸上没有了笑容，紧张兮兮。　　路上碰到匡光力的人感觉到他不像以前那样欢快了，事实是他怎么可能活泼高兴起来呢?他是整个工程的第一负责人，内外部的压力都向他袭来。事后用他自己的话说：“度过了一段不是人过的日子。”“莫斯科不相信眼泪”，研制人员和时间赛跑，经七十天夜以继日的追赶终使其得以恢复，顺利进入到降温阶段。　　1月20日，眼见着春节到了，匡光力召集大家召开工程会议。现场气氛给人的感觉就是一次紧急军事会议。　　内水冷磁体负责人高秉钧说：“组内已经开过会，春节期间三人值班。”超导电源负责人刘小宁说：“相关人员随时候命。”超导磁体组潘引年老师说：“过年是小孩子的事，老了过不过都一样。”中控组一群年轻人表示：“时刻准备，服从安排。”低温组欧阳峥嵘老师说：“箭在弦上，已经到了不得不发的状态。”　　会议最后的决议是：各分系统分头做好扎实准备，多考虑相关联的系统，紧急情况下的预案要想周到，根据降温进程，大年三十上午8点准时通电测试，中午在文化走廊吃年饭。战斗的号角就这样吹响了。　　大年三十因降温没有到位，混合磁体终于在大年初四通电励磁再次成功。强磁场中心微信群里一片欢腾，红包满天飞。　　历经8年，混合磁体研制团队解决了诸多的结构设计和加工工艺难题以及配套的子系统研制问题。该混合磁体装置的建成将有力地支撑我国物理、材料、化学、生命科学等多学科在极端条件下的基础科学前沿探索，同时，研制混合磁体装置有效地带动了包括大型高场超导磁体技术在内的强磁场技术的发展。　　人往往是这样，等成功的激动已过，欢乐渐渐减退，就开始感受到未来还有更加艰巨的任务等着。匡光力指出：“之前仅是阶段性地圆了强磁场科技人员的梦想，接下来强磁场中心将追求更高的稳态磁场，向世界第一稳态磁场挺进。”

p 　　2008年5月，由中科院合肥物质院强磁场科学中心承担的稳态强磁场实验装置项目启动 2011年7月，试验磁体通电测试成功 2016年11月，混合磁体大口径外超导磁体研制成功 2017年2月，专家组对混合磁体工艺测试完成验收 2017年9月27日，“稳态强磁场实验装置”通过国家验收，验收专家组给予了很高评价，认为项目全面完成了建设目标，各项关键参数达到或超过设计指标，“技术和性能达到国际领先水平”。 /p p 　　九年时间里，强磁场的科研人员完成了一个又一个跨越，使我国成为国际五大稳态强磁场研究机构之一，中国的强磁场科学技术事业迈上了一个新台阶。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/869ce1bd-adaa-4e62-b5da-a9ff1c35ab0b.jpg" title=" 1_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " ①2016年底混合磁体首次调试成功。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/c43cc087-9520-4092-b997-350c4e51976e.jpg" title=" 2_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " ②安装在水冷磁体上的扫描隧道显微镜。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/db639ee9-02c5-409b-8e70-117373bf43d4.jpg" title=" 3_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " ③混合磁体。 /p p 　　 strong “极端条件就是把不可能变成可能” /strong /p p 　　高秉钧是中科院强磁场科学中心首席科学家，也是“稳态强磁场实验装置”项目总工程师。他对记者说：“物质在强磁场情况下会改变它本身的电子态，从而产生新的现象。强磁场是一个极端条件,我们在设计和研制稳态强磁场实验装置过程中，常会遇到许多难以克服的困难，甚至是无路可走。我们必须坚持不懈，实现超越，把不可能变成可能。” /p p 　　强磁场是调控物质量子态的重要参量，在发现新现象、揭示新规律、探索新材料、催生新技术等方面具有不可替代的作用。自1913年以来，已有多项与磁场相关成果获诺贝尔奖，因此，强磁场极端条件已成为科技界公认的探索科学宝藏的“国之重器”。我国因缺乏相应的强磁场条件，屡次错失在物质科学等诸多领域开展前沿探索的机遇。 /p p 　　据了解，“稳态强磁场实验装置”是一个针对多学科实验研究需要的强磁场极端实验条件设施，包括十台强磁场磁体装置和六大类实验测量系统。 /p p 　　混合磁体由内部水冷磁体和外部超导磁体组合而成，是追求更高稳态极端场强的首选，但此前国际上已有多个失败案例，而我国在高场超导磁体技术方面的基础较为薄弱，项目所有科研人员都面临着巨大挑战。 /p p 　　对水冷磁体而言，必须解决材料和结构的优化选择、巨大电磁力和发热问题，与之配套的数千万瓦级的稳态直流电源系统、低温冷却系统、去离子水冷却系统等均是一个个不容置疑的难关。 /p p 　　谨慎起见，超导磁体组决定先研制一款磁场强度低、口径小，但选材、加工工艺完全相同的试验磁体，试验磁体在2011年7月通电测试成功。混合磁体研制真正开始之后，所有科研人员都秉持着一种谨慎严肃的工作状态，为了达到验收要求而不断努力着。 /p p 　　 strong 国际领先水平的科学实验系统 /strong /p p 　　水冷磁体WM1原设计是超世界纪录的38.5T,但在磁体组装后的预测试中，科研人员却发现磁场强度比预期的要低得多，且已是板上钉钉，超纪录无望了。水冷磁体总设计高秉钧带领工作人员排查原因，最终发现绝大部分bitter片厚度不是原设计的0.27毫米，而是0.29~0.30毫米。 /p p 　　高秉钧说：“面对几千片bitter片，我们就用天平称重量、算体积，来实测每片的实际厚度。将实测厚度的bitter片优化配置，重新组合，使组装的磁体达到原设计的目标。”这样，WM1最终实现了38.5T的磁场强度，打破水冷磁体场强世界纪录。 /p p 　　2016年底混合磁体首次调试，磁场强度达到40特斯拉，符合工程验收指标。就在科研人员欢欣鼓舞之时，磁体系统却发生了故障。春节将至，项目组的人却集中在场地，不断调试设备排除故障。 /p p 　　大年三十上午八点，装置准时通电测试，所有人在文化走廊吃了一顿简单而又难忘的“年夜饭”。但是那天因为降温没到位，再一次失败了。项目组的科研人员在春节假期继续加班，大年初四，混合磁体终于通电励磁，再次成功。 /p p 　　经过多年自主创新，强磁场研制团队打破国际技术壁垒，成功克服关键材料国际限制、关键技术国内空白等重大难题，建成继美国之后世界第二台40T级混合磁体，建立了国际领先水平的科学实验系统，实现了我国稳态强磁场极端条件的重大突破。 /p p 　　“稳态强磁场实验装置”国家验收意见中写道：“项目提出了一种水冷磁体设计创新方案，发展了一套全程可量化检测的高精度装配工艺。建成的水冷磁体中有三台磁体的性能指标创世界纪录，其中两台保持至今 突破了800毫米室温孔径、磁场强度达10特斯拉的铌三锡超导磁体研制的技术难关，建成了40特斯拉稳态混合磁体装置，磁场强度世界第二 建成了国际首创水冷磁体扫描隧道显微镜系统、扫描隧道—磁力—原子力组合显微镜系统，以及强磁场下低温、超高压实验系统，使得我国稳态强磁场相关实验条件达到国际领先水平。” /p p 　　 strong “边建设边开放”的管理新模式 /strong /p p 　　强磁场下的应用研究对于高技术产业具有很强的催生和带动作用，“强磁场效应”其实就在我们身边。 /p p 　　高秉钧介绍道：“大家都比较熟悉的医院的核磁共振成像、磁悬浮列车等就运用了强磁场技术。此外，强磁场在化学合成、特殊材料、生物技术、医药健康等多种新技术研发方面都有可能发挥关键作用，孕育新的发明。” /p p 　　据了解，强磁场有助于促进多学科交叉研究，尤其是生命科学、物理学、材料与化学、新技术之间的交叉研究。2014年，合肥物质院技术生物所吴跃进研究组和强磁场科学中心钟凯研究组合作，研究了造影剂对水稻生长的潜在影响，并用磁共振成像技术获得了造影剂在根系中的动态信息。这也是世界上首次利用造影剂研究磁共振成像技术在水稻根系无损检测中的应用，为植物根系研究提供了一种新的研究方法。 /p p 　　在中科院“十二五”验收中，“强磁场科学与技术”重大突破入选院“双百”优秀。2017年3月，中共中央政治局委员、国务院副总理刘延东视察装置，对团队取得的成绩给予了充分肯定。 /p p 　　同时，项目提出并实践了国家大科学装置“边建设边开放”管理新模式。从2010年试运行以来装置已经为包括北大、复旦、中科大、浙大、南大、中科院物理所、中科院固体物理所、上海生科院、福建物构所等在内的百余家用户单位提供了实验条件，有力支撑了强磁场下前沿研究，产出了一大批具有国际影响力的科研成果。 /p p 　　随着稳态强磁场装置工程建设的推进，一支能打硬仗的强磁场技术攻关队伍在锻炼中成长。稳态强磁场实验装置将成为科学研究、科技发展的创新源头，将为合肥综合性国家科学中心的建设贡献更多的科技力量。 /p

近日，国务院常务会议审议通过《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》。在国民经济高质量发展，以及重大基础科学创新中都扮演了重要角色的科学仪器行业，迅速掀起了设备更新浪潮。牛津仪器纳米科学部，作为一家设计并提供具有专业技术的仪器供应商，助力量子技术、纳米技术、先进材料和纳米器件等领域的开发与研究。此次我们也将积极把握政策机遇，为客户提供便捷的设备更新服务。为此，我们整理出了一份选型指南，以帮助老师们快速完成申报。如需要进一步交流与咨询，欢迎您随时联系我们，我们将在第一时间与您联络。1► TeslatronPT无液氦超导磁体低温系统&bull 集成的变温插杆可提供的样品温度范围为：1.5 K-300 K&bull 结构紧凑，标准配置的最高磁场强度为14 T，可选配矢量旋转磁体&bull 选配不同的插件可获得更低的温度：HelioxVT选件可获得&bull 低振动 — 适用于多种敏感测试 &bull 分立式密封样品腔，可快速简单地更换样品，且无堵塞系统冷却回路的风险 &bull 低功耗 — 使用单脉冲管制冷机 &bull 敏感样品周围无气体流动：系统采用静态交换气冷却样品，避免制冷气流引起的脆弱样品或者测量样品杆的振动 &bull 通过顶部样品杆可实现快速更换样品。可在系统处于低温状态时更换样品，无需复杂的负载锁定机制来重新装载变温插件&bull 系统使用内部冷阱来过滤污染物，无需使用液氮2► TeslatronPT低温插杆&bull 可选配连接到样品的直流和射频线 &bull LCC样品托和通用接口，轻松实现样品的快速更换。兼容低温插杆系统&bull 最低温3► KelvinoxJT插杆式稀释制冷系统插杆式稀释制冷系统，采用Joule-Thomson冷凝单元可同时兼容湿式及干式低温恒温器。&bull 能与我们多种产品兼容，包括TeslatronPT低温恒温器，湿式Integra磁体系统，任何液氦存储罐或任何样品管直径不小于50 mm的VTI等 &bull 带有数据可视化和远程控制软件的自动化气体处理系统 &bull 具有自动控制热交换气体的内部真空层（IVC） &bull IVC使用真空脂或CAF胶密封（不需要铟） &bull 备有一个6 mm直径的直通孔用于安装实验接线4► Cryofree® ProteoxMX型模块化稀释制冷机Cryofree® ProteoxMX型模块化稀释制冷机5► Cryofree® ProteoxLX 多比特数量子计算专用无液氦稀释制冷机&bull 超大样品空间，最多256根SMA接头同轴线&bull 可联系牛津仪器，定制高密度同轴线方案&bull 能够容纳大量输入和输出同轴线以及低温微波器件 &bull 全面兼容Proteox稀释制冷机二级插件 &bull 设备经过低振动技术优化，有效减少量子比特相干时间扰动 &bull 基础温度低于7mK，并且在20 mK时的制冷功率大于25µ W，双脉管冷头设计可以在4 K盘提供大量富余的制冷功率6► Proteox5mK&bull Proteox5mK是一台商用连续工作稀释制冷机，可提供小于5mK的极低温环境，@20mK制冷功率大于25 µ W；采用刚性支架和柔性波纹管以及平移共振峰来降低脉管冷头的机械振动及其谐振信号&bull 制冷机内部排布合理，便于进行实验组装 &bull 同轴线和直流线可以安装在总共六个直通孔和九个非直通孔之中 &bull 气隙热开关系统可以在8小时内将样品从30 K 降至最低温7► ProteoxS稀释制冷机小型化的快速表征平台，性能毫无妥协&bull 专利设计的底部换样装置，无需停机即可实现快速换样&bull 全新的设计更使安装层高要求减小到 8► 稀释制冷机二级插件二级插件不仅仅是传统意义上的接口， 它还可以容纳完整的实验装置，包括直流引线、 高频同轴线和低温微波器件。&bull 灵活的模块化设计增强了各种应用需求的兼容性 &bull 二级插件包含—个117 mm x 252 mm大型矩形通道。这可以配置为—个自定义平台，或是配备2个1S0100端口和—系列标准选项 &bull 可选择搭载配备牛津仪器设计的底部快速传样装置的二级插件，在集成超导磁体的系统中可以实现快速换样9► SpectromagPT无液氦光学超导磁体系统&bull 结构紧凑，水平磁场强度达7T &bull 可在系统处于低温状态时更换样品 &bull 超导磁体采用市面上最高规格的超导线材结合先进技术制造，性能高效可靠。 &bull 多种实验插件可满足多种应用及研究需求 &bull 通过顶部装载样品杆实现快速换样 &bull 平行和垂直磁场方向优良的光学通路 &bull 可实现样品全角度旋转测量 &bull 采用闭循环制冷方式，减少样品交换气污染风险和气路堵塞问题10► Integra低损耗液氦杜瓦磁体系统&bull 低损耗杜瓦配备液氮保温层和超导磁体电极，有利于降低液氦蒸发 &bull 最高20T磁场&bull 使用变温插件（VTI），变温范围为1.5至300 K&bull 兼容VTI与KelvinoxTLM&bull 磁体可与3He制冷机插件或极低温稀释制冷机集成，低温可达15mK以下11► KelvinoxTLM顶部取样式稀释制冷插件

探索材料角度相关的磁输运性质是凝聚态物理学中应用广泛和重要的课题研究方向。该研究通常需要很宽的样品温度范围，比如从室温到几开尔文或更低，还需要强大的矢量磁场。控制矢量磁场对此类研究尤为重要。然而，传统的超导矢量磁体不仅价格昂贵，而且场强也有限：三个方向上至少两个方向的磁场强度通常不能超过2T。 德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造商。近期，该公司推出的atto3DR低温双轴旋转台，将施加在样品上固定方向的单一磁场（垂直或水平方向）的改变为三维矢量磁场。通过这种方式，在任何其他方向上也可立即获得非常高的磁场（例如9 T或12 T）。因此，它相当于提供了9T-9T-9T矢量磁铁的等效系统，这是目前尚无法实现的。此外，与常规矢量磁铁（如5T-2T-2T）只能在旋转中提供大2T的磁场相比，此解决方案的成本也非常低。 另外，双旋转轴的应用保证了样品在任意磁场方向上的变化和灵活性，通过水平固定轴的旋转，可控制样品表面与外界磁场的倾角（+/- 90°）；而沿面内固定轴的旋转提供了另外+/- 90°的运动，从而实现样品与磁场形成任意相对方向。同时还兼容2英寸样品空间和He气氛，配备Chip carrier，提供多达20个电信号接口。 1. 为什么要旋转你的样品？ 物理学家、化学家和材料科学家正在不懈地寻找具有理想性能的新材料。新材料几乎每天都会被合成出来，并经历各种各样的测量和表征。费米面的表征在材料表征中起着核心作用，因为将电子结构与材料的性质相关联，可以设计出具有所需性质的材料，并针对特定的应用进行调整。若能够地控制磁输运测量中的场方向有助于提取样品各向异性的信息。能够旋转样品在面内和面外场之间切换，或沿所需方向（例如，沿准一维样品，如纳米管或纳米线）对准就显的尤为重要。 Attocube公司研发的压电驱动的纳米旋转台有效地取代了价格昂贵的矢量磁铁，甚至提高了它们的性能，不仅扩大了其任意方向上的大可用磁场，而且也能很好的实现自动化的测量。更为重要的一点是：它们优于传统无法避免的机械滞后性的机械转子。此外，当需要超高压条件时，例如在ARPES中，与机械旋转器相比，压电陶瓷旋转台提供了额外的优势-压电陶瓷旋转台不会导致超高压室泄压或者漏气。2. Attocube提供的解决方案2.1 attocube 的纳米精度旋转台 attocube提供了多种可以组合的压电驱动纳米定位器，其中包括水平旋转台和竖直旋转台（attocube纳米旋转器-ANR/ANRv）。旋转台组合包括一系列不同尺寸和方向，以及适用于低温环境、超高真空和/或高磁场的不同环境下的需求。由于其体积非常紧凑，attocube的旋转台能够适配于大多数的超导磁体样品腔。图1: ANR portfolio [4]2.2 atto3DR：在3D中模拟强矢量磁场 atto3DR双旋转器具有两个立的旋转台，它们组合在一起，从而提供相对于样品表面的所有方向上的全磁场（例如14 T），如引言中所述。atto3DR如图2所示。atto3DR可以提供普通低温版本，同时也可根据具体需求提供用于低温真空（如稀释制冷机）的定制版本；有关mK温度下的应用案例，请参阅应用部分。图2: atto3DR：（a）带有无铅陶瓷芯片载体的样品架，配备20个触点；（b） 面内ANR；（c） 另外一个面内的ANR[4]。 3. 应用案例 在概述了ANRs、atto3DR的主要特点和优点之后，本文后一章将重点介绍通过使用基于我们的旋转器获得的传输测量的研究结果。3.1 基于ANR旋转台的应用案例3.1.1 在强磁场和200 mK条件下考察的g因子的各向异性 在Zumbühl集团（瑞士巴塞尔）与RIKEN（日本Saitama）、SAS（斯洛伐克布拉迪斯拉发）和UCSB（美国圣巴巴拉）课题组的合作进行了以显示GaAs量子点中各向同性和各向异性g因子校正的分离实验。这项研究是在两个立的横向砷化镓单电子量子点上进行的。为了在实验上确定g因子修正，通过测量具有不同强度和方向的平面内磁场的隧穿速率来得到自旋分裂。自旋分裂定义了自旋量子位的能量，是磁场中自旋的基本性质之一。在这里，他们测量并分离了两个GaAs器件中对g因子的各向同性和各向异性修正，发现与近的理论计算有很好的一致性。除了公认的Rashba和Dresselhaus项，作者还确定了动量平方依赖的塞曼项g43和穿透AlGaAs势垒gP项[5]。 此项工作是在attocube纳米精度旋转台ANRv51的帮助下完成的：样品安装在压电驱动旋转器上，并在磁场平面内旋转。由于旋转台有电阻编码器，因为能够读出旋转器的状态角度。此外，ANRv51可在高达35 T的磁场环境下使用，并可在低至mK的低温范围内使用-该实验在稀释制冷机中进行，电子温度为200 mK，磁场高达14 T。该磁场强度在任意面内方向上施加，只能通过旋转器实现不同角度下的测量。图3: sample in chip carrier mounted on ANRv513.1.2 mK位移台在材料输运性质随磁场角度的变化研究中的应用 北京大学量子材料科学中心林熙课题组成功研制出基于attocube低温mK位移台研制的低温强磁场下的样品旋转台，用于测量材料的输运性质随磁场角度的变化研究。 该系统是基于Leiden CF-CS81-600稀释制冷机系统的一个插杆，插杆的直径为81 mm，attocube的mK位移台通过一个自制的转接片连接到插杆上，如图4所示，位于磁场中心的样品台的尺寸为5 mm*5 mm，系统磁场强度为10T。系统的制冷功率为340 μW@120mK，得益于attocube低温位移台低的发热功率及工作时非常小的漏电流，使得旋转台能够很好的在＜200mK的温度下工作（工作参数：60V，4Hz, 300nF）。 图4. 实现的旋转示意图和ANR101装配好的实物图 图5. 侧视图，电学测量的12对双绞线从旋转台的中心孔穿过 图6中是GaAs/AlGaAs样品在不同角度下测试结果，每一个出现小电导率的点，代表着不同的填充因子。很好的验证了其实验方案的可行性和稳定性。图6. Shubnikov–de Haas Oscillation at T = 100 mK3.1.3 25 mK和强磁场下的自旋弛豫测量 基于量子点的自旋量子位是未来量子计算机的一个有希望的核心元件。2018年，一项国际合作（(Basel, Saitama, Tokyo, Bratislava and Santa Barbara）在理论预测电子自旋弛豫现象15年后，次通过实验成功证明了一种新的电子自旋弛豫机[8]。图7: Measurement setup with sample on an ANRv51 for rotating around the angle ϕ in the plane of the magnetic field. 在25 mK 的稀释制冷机和高达14 T的磁场条件下，半导体纳米结构（GaAs）中的电子自旋寿命在0.6 T左右达到了一分钟以上的新记录。有关此记录的更多信息，请参见[9]。对于该实验设置，使用了attocube的ANRv51，只有它完全符合mK温度和高磁场系统的要求。此外，在GaAs二维电子气体中形成的单电子量子点样品可以与平面内磁场相对于晶体轴作任意角度的旋转。3.1.4 从缓慢的Abrikosov到快速移动的Josephson涡旋的转变 来自瑞士苏黎世ETH的Philip Moll及其研究组使用attocube的ANR31研究了层状超导体SmFeAs（O，F）中磁旋涡的迁移率，发现旋涡迁移率的大增强与旋涡性质本身的转变有关，从Abrikosov转变为Josephson[12]。该实验中如果磁场倾斜出FeAs平面，即使小的未对准（图8: Flux -flow dissipation as a function of the angle between the magnetic field (H = 12 T) and the FeAs layers (= 0°) for several temperatures.图9: Rotator setup showing the ANR31/LT rotator carrying the sample and two Hall sensors.3.1.5 用于量子输运分析的超低热耗散旋转系统 在2010新南威尔士大学（澳大利亚悉尼）的La AYOH ET.A.课题组分析了半导体纳米器件中的量子输运。他们的主要目标是获得一个合适的旋转系统来研究各向异性塞曼自旋分裂。为了充分观察测量这种效应，需要在保持温度低于100mK的情况下，在磁场（高达10T）方向旋转样品。该样品安装在陶瓷LCC20器件封装中的AlGaAs/Ga/As异质结构。两条铜线连接到载体上。使用带RES传感器的ANRv51进行位置读出，该小组设计了一个具有两个可选安装方向的样品架（见图10）：一个具有芯片载体的平面内旋转，另一个具有芯片载体的平面外旋转（见图）。ANRv51非常适合此应用：先其由非磁性材料制成，完全兼容mK，并具有一个小孔，可将20根铜线送至转子背面。在他们的论文中，研究小组仔细描述了不同驱动电压和频率下，旋转器的散热作为转速的函数[13]。在缓慢的旋转速度下，散热可以保持在低限度，即使连续旋转，仍然能让系统温度低于100 mK。当关闭旋转器时回到25 mK基准温度的时间仅仅为20 min。此外，由于滑移原理，旋转台可在到达终目标位置时接地，从而确保位置稳定性和零散热。图10: Rotation system assembly for rotating the sample in two separate configurations with respect to the applied magnetic field B.3.2. atto3DR 应用案例3.2.1 范德华异质结器件在低温40mK中旋转 理解高温超导物理机制是凝聚态物理学的核心问题。范德华异质结构为量子现象的模型系统提供了新的材料。近日，国际合作团队（团队成员来自美国伯克利大学，斯坦福大学，中国上海南京以及日本韩国等课题组）研究石墨烯/氮化硼范德华异质结具有可调控超导性质的工作发表在《Nature》杂志上。在温度低于1K的时候，该异质结的超导的特特性开始出现，电阻出现一个明显的降低，出现一个I-V电学曲线的平台[14]。图11: 图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质结器件，图右上，电输运测试结果，样品通过旋转后的方向与与磁场方向平行。 电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，在本底温度为40mK的稀释制冷剂内进行的。样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，因而使用了德国attocube公司的atto3DR低温双轴旋转台。该atto3DR低温双轴旋转台可以使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在的超导与Mott缘体与金属态的转变，证明了三层石墨烯/氮化硼的超晶格为超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质与新奇电子态的研究提供了模型系统。3.2.2 30mk下的扭曲双层石墨烯的轨道铁磁性 范德华异质结构，特别是魔角双层石墨烯（tBLG），是当今固态物理研究的热点之一。尽管之前对tBLG的测量已经表明，铁磁性是从大滞后反常霍尔效应中推断出来的，随后又指向了Chern缘体，但A.L.Sharpe及其同事通过输运测量实验表明，tBLG中的铁磁性是高度各向异性的，这表明它是纯轨道起源的——这是以前从未观察到的[15]。 为了进行测量，该小组将封装在氮化硼薄片中的tBLG样品安装在attocube atto3DR双旋转器上，通过巧妙设计，使其在电子温度低于30 mK的条件下正常工作，在高达14 T的磁场中，使用霍尔电阻对倾斜角度进行专门的现场校准，以便在实验过程中控制准确的面内和面外方向。图12: Angular dependence of hysteresis loops in twisted bilayer graphene, measured with atto3DR at 磁性输运测量通常涉及可变温度和强磁场。能够旋转样品是提取有用信息的关键先决条件，如三维费米表面、电荷载流子的有效质量和密度，亦或块体材料、薄膜或介观结构的各向异性相关的许多其他参数。使用基于压电陶瓷的旋转器有助于获得比矢量磁场更高的矢量场，而且能够大大降低成本。因此，attocube ANR及其成套解决方案——atto3DR——对于每一位在具有磁场依赖和低温下进行电气和磁性输运测量的研究人员来说，都是佳和的解决方案。5. 参考文献[1]L.W. Shubnikov, W.J. de Haas, Proc. Netherlands Roy. Acad. Sci. 33, 130 (1930)[2]Fermi Schematics, Sabrina Teuber, attocube systems AG[3]http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/[4]attocube systems AG[5]L.C. Camenzind et al., Phys. Rev. Lett. 127, 057701 (2021)[6]U. Zeitler et al., attocube Application Note CI04 (2014)[7]P. Wanget al., Rev. Sci. Instrum. 90, 023905 (2019)[8]L.C. Camenzind et al. Nat Commun 9, 3454 (2018)[9]https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/New-mechanism-of-electron-spin-relaxation-observed.html[10]Y. Pan et al., Sci. Rep. 6, 28632 (2016)[11]A.M. Nikitin et al., Phys. Rev. B 95, 115151 (2017)[12]P.J.W. Moll et al., Nature Mater. 12, 134 (2013)[13]L. A. Yeoh et al., Rev. Sci. Instrum. 81, 113905 (2010)[14]G. Chen et al., Nature 572, 215 (2019)[15]A.L. Sharpe et al., Nano Lett 2021, 21, 10, 4299 – 4304 (2021)

“第二十一届国际磁体技术大会”10月19日至23日在安徽省合肥市召开。来自世界近30个国家和地区的600余名专家将就核聚变磁体、强磁场、核磁共振等磁体科学技术及应用领域里最前沿问题和最新进展展开交流和研讨。 　　磁体技术可被广泛应用于核聚变、医学、生物、电力等领域，对磁体技术的研究是当今和未来极具发展潜力的学科。国际磁体技术大会始于1968年，每两年召开一届，是全球磁体技术研究及应用领域最重要的学术会议。 　　本次会议吸引了来自近30个国家和地区的600余名代表与会。其中，国外代表近350人，主要来自美、俄、英、法、德、日本等国家和地区的知名大学和研究机构。同时，还有20个海内外知名企业如美国超导公司、英国牛津仪器、瑞士诺尔达公司等，均携带其研制的最新工业产品、专业设备及仪器参展。 　　在为期五天的会议中，会议代表们将就磁体科学技术及应用等诸领域的前沿问题和最新进展，围绕粒子和核物理磁体，聚变磁体，强磁场，核磁共振及医学和生物应用，电力应用等12个专题进行广泛的探讨与交流。 　　最近几届国际磁体技术大会都会授予一位资深专家美国电子电气工程师学会应用超导委员会颁发的超导应用杰出贡献奖。本届大会将这一殊荣颁给了中国科学院院士严陆光，这也是中国人首次获得此项奖励。 　　据了解，这一会议一般在发达国家召开，主要由美、法、德、日等国承办，中国曾在1997年承办过第15届会议。时隔十多年，中国磁体技术研究取得引人注目的成就，如中科院等离子体所攻克大型超导磁体研制难关，自行设计和建造了世界上第一台全超导托卡马克实验装置并取得了一系列实验成果等，吸引了全球磁体学界的关注。磁体技术国际组织委员全票赞成第21届国际磁体技术大会在中国召开，并决定由中科院合肥研究院等离子体所和中科院电工所联合承办。

p 　　中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所承担的重庆科学技术研究院用于磁分离3.5T高温超导磁体项目，于9月1日完成通电测试并顺利通过项目验收。 /p p 　　该磁体主要用于磁选，磁选作为一种物理选矿方法，由于其洁净无污染，在工业上得到广泛应用。HTS磁体采用YBCO二代高温超导带材绕制，设计基本单元为双饼线圈，共包含24饼双饼线圈。室温孔直径为100mm，磁体高度400mm。采用制冷机传导冷却技术，磁体最低温度达8.9K，最大通电电流200A，中心处产生强度为3.57T的磁场。 /p p style=" text-align: center " img title=" 未标题-1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/e6615ee9-78f7-41db-96d8-fd8dc166dc0e.jpg" / /p p style=" text-align: center " 3.5T直冷式二代HTS磁体测试现场图 /p p /p

据《科技导报》2009年月2月报道，一项超导磁体应用技术研究表明，采用超导高梯度磁分离技术可用于造纸、化工、医药工业废水的净化分离。与传统的超导磁分离技术只能分离矿物、煤、高岭土中磁性杂质不同，该技术通过预先加入改性的磁种子颗粒材料，从而分离工业废水中无磁性的有机、无机污染物，实现工业污水的达标排放。 该技术是由此中国科学院理化技术研究所李来风研究员领导的研究小组通过与东北大学和沈阳水务集团有限公司水业技术研发中心合作共同完成，研究报告刊登于《科技导报》杂志2009年第3期，题为"超导磁分离及在造纸厂污水净化中的应用研究"，此研究得到国家科技部十一五863计划和中科院海外杰出学者基金资助。 目前，工业废水处理方法主要有化学法和生物化学法。然而，实用的化学法和生物化学法存在投资大、运行成本高、反应时间长、占地面积大、效率低、能耗高等问题。对于小型造纸厂废水处理，这些问题更加突出，厂家因建立污水处理设施投资过高，大多采取直排，给环境造成危害。因此开展新型、高效、低成本超导磁分离工业废水处理技术的研究对我国节能减排具有重要意义。 采用超导磁体分离矿石、煤、高岭土等固体物质中磁性杂质在国内外已得到广泛应用，但用于废水分离净化尚少涉及。主要原因是对于废水中的有机、无机污染物，由于这些污染物本身没有磁性，靠磁场产生的磁吸引力无法分离。2005年日本大阪大学Nshijima研究组最早开始超导磁分离污水处理研究，并建立了示范装置，用于分离造纸厂污水，分离后污水COD(化学需氧值)可由起始的110mg/L，降到25mg/L，去除率近80％。他们采用的是预先在污水中添加Fe3O4"磁种子"颗粒和聚氯化铝絮凝剂，絮凝剂将污水中有害物质和Fe3O4磁性颗粒一起絮凝，这样通过超导磁体吸引分离。尽管分离效果很好，但由于还需加入有机絮凝剂，没有完全摆脱因有机絮凝剂的加入带来的二次污染，此外超导磁体冷却采用的是液氦浸泡冷却，对于我国，氦资源贫乏，这将导致大规模应用推广的限制。 中科院理化所的工作克服了以上难题，在磁种子材料和超导磁体冷却技术上取得创新进展。采用等离子有机覆膜技术在Fe3O4磁性颗粒表面生长带活性基团的有机薄膜，这层纳米厚度的薄膜可以有效地捕捉污水中的有机物、无机离子，代替了有机絮凝剂的加入，而且由于有机膜与Fe3O4有很强的结合力，使得这种新型复合"磁种子"材料可以重复使用，较单纯的Fe3O4磁种子材料有明显优势， 采用这种"磁种子"材料对造纸厂废水处理实验表明经磁分离处理的集水池废水COD值由起始的1780mg/L降到147mg/L，去除率超过90％％，净化效果良好。另一个技术创新点是采用制冷机直接冷却超导磁体，从而摆脱超导磁体采用昂贵液氦的束缚，这样将使得超导磁分离污水处理系统可以方便地用于缺少液氦的地区，特别适合于规模小、分散的中小企业。是未来极具潜在应用价值的技术。

近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心陆轻铀研究组首次在水冷磁体中实现了27特斯拉强磁场环境下的扫描隧道显微镜(STM)原子分辨率成像，得到了石墨样品的原始成像数据(raw data image)。这一试验的成功为强磁场STM实验研究提供了国际先进的技术手段，也为在即将竣工的45T混合磁体(口径也为32mm)中实现更高磁场下的STM原子分辨率成像研究铺平了道路。 　　扫描隧道显微镜(STM)具有实空间中的原子分辨率成像能力，因而在基础科学研究中具有广泛的应用，但它对振动、甚至声音等哪怕很微弱的干扰都非常敏感，所以通常需要在隔音、减震很好的准静态环境中工作。STM的一个很重要的应用是在强磁场中成像，但迄今都工作于超导磁体中，因为超导磁体的振动小，相对安静。然而超导磁体受限于临界磁场，产生的磁场难以超过23T，所以国际上强磁场STM虽发展多年，但其工作的最强磁场仍然不超过20T。水冷磁体(water-cooled magnet，简称WM)以及由水冷磁体和超导磁体构成的混合磁体(hybrid magnet)能够产生更强的磁场，但其在高压大流量冷却水流的冲击下也会产生巨大的振动与噪声，这对原子分辨率STM成像是严重挑战，所以国际上至今尚没有实现在水冷磁体强磁场中的STM成像。 　　陆轻铀研究组长期致力于恶劣条件下的STM研制工作，先后研制出适用于狭小空间恶劣环境中原子分辨率STM成像的多种高刚性、高稳定压电马达，如GeckoDrive、TunaDriver、PandaDrive和SpiderDrive等及其制成的扫描探针显微镜，相关成果发表于《科学仪器评论》、《超显微学》、《扫描》期刊上(Review of Scientific Instruments 80, 085104 (2009) Review of Scientific Instruments 84, 113703 (2013) Review of Scientific Instruments 84, 56106 (2013) Review of Scientific Instruments 83, 115111 (2012) Ultramicroscopy 147, 133 (2014) Scanning 36, 554 (2014) Review of Scientific Instruments 85, 56108 (2014)等)。研究组先后获得了20余项国家发明专利的授权。在这些系统性工作的基础上，陆轻铀研究组最终克服了水冷磁体的大振动和强噪音对STM的干扰，在国际上首次实现了在高达27T强磁场环境下的高清晰STM原子分辨率成像。

一、项目基本情况项目编号：HW20240276、HBT-15124193-244110项目名称：华中科技大学强磁场扫描隧道谱学成像实验系统采购项目预算金额：11500.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：11500.000000 万元（人民币）采购需求：华中科技大学强磁场扫描隧道谱学成像实验系统主要技术指标要求：高场超导磁体系统：磁场≥28.2T，冷孔直径≥40mm等；具体要求见本项目招标文件第三章内容。合同履行期限：交货期：合同签订后48个月；质保期：自验收合格之日起5年。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2024年09月10日 至 2024年09月14日，每天上午8:30至12:00，下午14:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：线上网络获取方式：符合资格的投标人应当在规定的获取时间内按以下步骤获取文件：登陆“数智云采”官网（https://cjyc.hbbidding.com.cn/hubeiyth/），进入“云采购平台”，按照“帮助中心--业务操作指南--数智云采供应商操作手册”完成获取（网络报名及电子发票问题请咨询窗口电话：027-87273107）。标书费300元/包，售后不退。售价：￥300.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：华中科技大学　　　　　地址：湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号　　　　　　　　联系方式：李老师，电话：027-87540659，邮箱：hustcgzx@hust.edu.cn　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：湖北省招标股份有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：湖北省武汉市武昌区中北路108号兴业银行大厦五层　　　　　　　　　　　　联系方式：龙琳、阳世昌、叶雄威、周丹娜、方勇、杨洵，电话：027-87273661，邮箱：31848804@qq.com　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：龙琳电　话：　　027-87273661

近期，国际知名低温显微镜领域制造商attocube systems AG公司与拉曼显微成像创新公司WITec GmbH联合推出低温拉曼显微镜cryoRaman。该低温拉曼成像系统集成了attocube公司的低温恒温器和纳米定位器技术，同时设备结合了具有高灵敏度、模块化特色的WITec公司的alpha300相关显微镜系列。自此，实现了低温拉曼成像在强磁场中的高效应用，并且拉曼成像具有无与伦比的空间分辨率。图1. 低温拉曼显微镜cryoRaman实物图。设备集成低温恒温器attoDRY2100与WITec拉曼显微镜。cryoRaman的推出旨在应对现有和新出现的挑战。设备包含可见光到近红外光波段激发波长优化的光谱仪、1.6K至300K的工作温度、高磁场和获得的低温拉曼专用物镜以及非常精密的压电扫描台。“我们已经看到，人们对低温拉曼光谱的兴趣迅速增长，并扩展到初的石墨烯和碳纳米管研究热点之外，” attocube公司低温部门的Florian Otto这样介绍cryoRaman。“我们决定与WITec一起解决用户日益多样化的实验要求。cryoRaman成功实现与满足了用户对低温化学特性表征使用界面友好性、灵活性方面的需求。”图2：低温拉曼显微镜cryoRaman光路部分。新型低维材料的相变和新特性的研究具有重要意义，这些研究使得cryoRaman的高磁场选项更具应用价值。单轴超导磁体（大可高达12T）或矢量磁体是研究过渡金属二卤化物（TMD）和范德瓦尔斯异质结的理想实验条件，也可以帮助确定不同温度和磁场下光致发光的特性。cryoRaman可选模块包括软件控制激光器功率调节，多波长激发能力，自动切换单点光谱测量与光谱成像、自动光谱仪校准光源和例行程序、以及时间相关单光子计数（TCSPC）模式。图3. 可切换单点光谱测量，拉曼或光致发光光谱成像。升功能包含低波数拉曼测量。 除此之外，attoucube和WITec公司在研发低温拉曼显微镜时还引入了一对特的功能：能够检测低波数拉曼峰，并在激发探测过程中实现全偏振控制。“研究人员在低温环境中观察材料时，希望尽可能接近激发波长，同时他们对偏振测量非常感兴趣，” WITec公司联合创始人兼总经理Olaf Hollricher这样评价。“为了满足这些要求，我们开发的功能是目前市场所不具有的。事实上，它的成像能力、低温、集成度、性能以及对新来者或专家们，cryoRaman都是树一帜的。”图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。 cryoRAMAN主要技术特点：+ 应用范围广泛: 量子光学，PL/EL/ Raman等光谱测量+ 以前所未有的分辨率和速度进行光谱成像+ 每个像素点自动获取拉曼光谱，低波数与偏振测量+ 空间分辨率：500 nm+ 无液氦闭环恒温器，变温范围：1.8K - 300K+ 工作磁场范围：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁体可选)+ 低温消色差物镜NA=0.82+ 精细定位范围： 5mm X 5mm X 5mm @ 4K+ 精细扫描范围：30 mm X 30 mm@4K+ 可进行电学测量，配备标准chip carrier+ 可升到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、close loop scanning等功能

2016年1月7日，由中国科学院高能物理研究所为上海交通大学研制的高温超导磁透镜在上海完成了磁场测量，磁场分布结果满足设计要求，将用于电子显微镜的总装调试。　　电子显微镜是用于原子尺度超高时空分辨兆伏特电子衍射与成像系统，利用电子与物质作用所产生的讯号来鉴定微区域晶体结构、微细组织、化学成分、化学键结和电子分布情况的电子光学装置。用超导磁体做成的磁透镜来聚焦电子，是电子显微镜镜筒中的重要部件。　　互相支持高端科研仪器的研制是高能所与上海交大签订的战略合作内容之一，实验物理中心的超导磁体工程中心承担了具体工作。　　高温超导磁透镜是国际上首次用高温超导磁体作为电子显微镜的磁透镜，使用国产的高温超导带材绕制磁体，不用液氦或者液氮等低温介质，用一台脉管制冷机采取传导冷却的方式对磁体降温，最高工作温度约50K。采用高温超导技术，将提高电子显微镜的分辨率，减少整个设备的体积和重量，提高集成度。　　高温超导磁透镜也是高能所研制的第一台高温超导磁体，相关技术将促进我国高端电子显微镜仪器的研制。高温超导磁透镜磁场测量沿磁体轴线的磁场分布