超導磁體磁場強、能耗低，是強磁科學研究中不可或缺的利器，同時也是科學新發現的助推器。超高場超導磁體在諸多重要領域具有廣泛應用。

中國科學院電工研究所（以下簡稱“電工所”）王秋良院士團隊成功研制出大口徑高場通用超導磁體。該磁體最高磁場強度14.0特斯拉（T）、內孔直徑164毫米，標志著我國在大口徑高場通用超導磁體設計與建造技術水平方面，邁上了新臺階。

▲大口徑高場通用超導磁體

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大口徑超導磁體研制“絕非易事”

大口徑超導磁體中心區域，不僅可以插入更高磁場強度的內插線圈，產生極高磁場，為探索新物質提供基礎強磁場，還可以在較大孔徑內，放入金屬冶煉設備，用于強磁場下的新材料制備。

將超導材料制備成超導磁體，是超導材料的重要應用之一。超導磁體需要在低溫環境中運行，會使超導材料承受復雜的應力狀態。例如，超導體從室溫降到4.2K（?268.95攝氏度）過程中，會產生冷收縮力，不同材料組分之間由于膨脹系數不同，會產生界面力；并且通電過程中，大電流還會在導體上產生巨大的洛倫茲力。這些應力狀態都會影響超導磁體的穩定運行，因此研制大口徑高場超導磁體絕非易事。

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造出“不怕冷”的超導磁體

為了克服上述困難，團隊采用鈮鈦和鈮三錫超導體組合。鈮鈦和鈮三錫都是制備超導磁體最常用的低溫超導材料。

鈮鈦超導體是一種超導合金材料，鈮三錫超導體是一種具有陶瓷屬性的脆性金屬間化合物，用手輕輕一彎就會損壞。

更重要的是，它們具有不同的超導轉變溫度、臨界磁場和臨界電流。

因此，需要分別采用不同的處理方式保護兩種超導體，尤其對脆弱的鈮三錫超導體進行特殊的防護。

在研制過程中，科研團隊先后解決了大口徑高場磁體高應力調控設計、密繞高場磁體高精度制造、低電阻超導接頭等關鍵技術問題，掌握了此類通用超導磁體的設計和制造等成套技術，并且具有完全自主知識產權。

▲超導磁體結構示意圖

經測試，磁體達到預期技術目標，并且運行穩定。

超導磁體在高端科學儀器、先進醫療裝備、可控聚變能源、新材料制備等領域具有廣泛的應用前景。

大口徑高場通用超導磁體技術的成功突破，將有助于我國重要領域制作技術水平提升，并為我國超導磁體產業化發展奠定堅實的技術基礎。

來源：中國科學院電工研究所

責任編輯：宋同舟