重大科技基礎(chǔ)設(shè)施驗(yàn)收：向世界第一穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)挺進(jìn)

　今年2月，專(zhuān)家組在中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心完成對(duì)混合磁體工藝測(cè)試驗(yàn)收，這也意味著中心順利完成國(guó)家“十一五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置”混合磁體的各項(xiàng)建設(shè)任務(wù)。
　　
　從2008年5月40T穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)項(xiàng)目啟動(dòng)，到2011年7月試驗(yàn)磁體通電測(cè)試成功，國(guó)內(nèi)首臺(tái)采用鈮三錫管內(nèi)電纜導(dǎo)體的超導(dǎo)磁體研制完成;到2016年11月，混合磁體大口徑外超導(dǎo)磁體研制成功，獲得10特斯拉磁場(chǎng)，成為國(guó)際超導(dǎo)磁體技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要成功案例;再到外超導(dǎo)磁體和內(nèi)水冷磁體成功合體，產(chǎn)生40特斯拉磁場(chǎng)強(qiáng)度，成為國(guó)際磁場(chǎng)強(qiáng)度第二高的穩(wěn)態(tài)磁體裝置——8年時(shí)間里，強(qiáng)磁場(chǎng)人完成了一個(gè)又一個(gè)跨越，但只有他們心里清楚自己經(jīng)歷了怎樣的煎熬，收獲了多少悲與喜，以后的路又在何方。
  選擇困難的混合磁體

  混合磁體由內(nèi)部水冷磁體和外部超導(dǎo)磁體組合而成。其中，水冷磁體必須解決材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選擇、巨大電磁力和嚴(yán)峻的發(fā)熱問(wèn)題;超導(dǎo)磁體孔徑巨大，導(dǎo)體的材料選擇、結(jié)構(gòu)選擇和磁體生產(chǎn)工藝都是技術(shù)難題。

  中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長(zhǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心主任匡光力介紹道，此前，世界上沒(méi)有如此大型的鈮三錫超導(dǎo)磁體裝置能夠產(chǎn)生10特斯拉穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)，也沒(méi)有能產(chǎn)生10特斯拉穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的超導(dǎo)磁體裝置能夠達(dá)到如此大的口徑。
 不僅磁體本身是個(gè)挑戰(zhàn)，與之配合的數(shù)千萬(wàn)瓦級(jí)的穩(wěn)態(tài)直流電源系統(tǒng)、低溫冷卻系統(tǒng)、去離子水冷卻系統(tǒng)等均是一個(gè)個(gè)不容置疑的難關(guān)。
 比如，低溫閥箱是一個(gè)集真空環(huán)境、低溫液氮容器(液氮槽工作溫度77K)、低溫液氦容器(過(guò)冷槽工作溫度4.5K)、一對(duì)16KA高溫超導(dǎo)電流引線和13個(gè)WEKA低溫閥門(mén)于一身的十分特殊的非標(biāo)壓力容器。“其設(shè)計(jì)歷時(shí)五年，繪制圖紙1170余張，在約1.5立方的狹窄空間里累計(jì)使用各種規(guī)格管材累計(jì)總長(zhǎng)2460米，閥箱總共焊縫數(shù)量5811條。”強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員、磁體科學(xué)與技術(shù)部副主任歐陽(yáng)崢嶸告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
　此前，國(guó)際上已有多個(gè)大型高場(chǎng)超導(dǎo)磁體因技術(shù)問(wèn)題而失敗，而我國(guó)在高場(chǎng)超導(dǎo)磁體技術(shù)方面原有基礎(chǔ)薄弱。“混合磁體又是國(guó)際上追求更高穩(wěn)態(tài)極端場(chǎng)強(qiáng)的首選，選擇了它就注定選擇與困難結(jié)緣。”強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員陳文革說(shuō)。
　與強(qiáng)磁場(chǎng)同喜同憂
　為了安全，超導(dǎo)磁體組決定先研制一款磁場(chǎng)強(qiáng)度低、口徑小，但選材、加工工藝完全相同的試驗(yàn)磁體，試驗(yàn)磁體在2011年7月份通電測(cè)試成功，它是國(guó)內(nèi)首臺(tái)采用鈮三錫管內(nèi)電纜導(dǎo)體的超導(dǎo)磁體。
　研制人員首次獲得莫大的喜悅與鼓勵(lì)，堅(jiān)信“國(guó)產(chǎn)”高場(chǎng)混合磁體必能成功。同時(shí)據(jù)相關(guān)人員回憶，當(dāng)時(shí)的通電測(cè)試過(guò)程“無(wú)數(shù)次的測(cè)試與調(diào)整，讓通電過(guò)程變得異常煎熬漫長(zhǎng)”。
　真正的混合磁體研制開(kāi)始上馬，股線絞纜、穿管成型、繞制、超導(dǎo)接頭制作、熱處理、絕緣處理、裝配大工藝流程套著小工藝流程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)差之毫厘、謬以千里，研制人員憋著氣有條不紊地一步步往下走，在每一個(gè)大節(jié)點(diǎn)小節(jié)點(diǎn)處，結(jié)果都扣人心弦，他們像坐過(guò)山車(chē)，在喜與憂的道路上奔跑，不得停歇。
　長(zhǎng)期小心再小心的工作狀態(tài)逐漸內(nèi)化，陳文革的“膽子小”現(xiàn)在幾乎是全中心盡人皆知了。
　箭在弦上 不得不發(fā)
　2016年底混合磁體首次調(diào)試達(dá)到工程驗(yàn)收指標(biāo)——磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到40特斯拉，就在人們歡心鼓舞之時(shí)，卻在一次上電勵(lì)磁時(shí)磁體系統(tǒng)發(fā)生了故障?；旌洗朋w驗(yàn)收在即，一層厚厚的陰霾頓時(shí)籠罩強(qiáng)磁場(chǎng)中心。那段時(shí)間人人臉上沒(méi)有了笑容，緊張兮兮。
　路上碰到匡光力的人感覺(jué)到他不像以前那樣歡快了，事實(shí)是他怎么可能活潑高興起來(lái)呢?他是整個(gè)工程的第一負(fù)責(zé)人，內(nèi)外部的壓力都向他襲來(lái)。事后用他自己的話說(shuō)：“度過(guò)了一段不是人過(guò)的日子。”“莫斯科不相信眼淚”，研制人員和時(shí)間賽跑，經(jīng)七十天夜以繼日的追趕終使其得以恢復(fù)，順利進(jìn)入到降溫階段。
　1月20日，眼見(jiàn)著春節(jié)到了，匡光力召集大家召開(kāi)工程會(huì)議?，F(xiàn)場(chǎng)氣氛給人的感覺(jué)就是一次緊急軍事會(huì)議。
　內(nèi)水冷磁體負(fù)責(zé)人高秉鈞說(shuō)：“組內(nèi)已經(jīng)開(kāi)過(guò)會(huì)，春節(jié)期間三人值班。”超導(dǎo)電源負(fù)責(zé)人劉小寧說(shuō)：“相關(guān)人員隨時(shí)候命。”超導(dǎo)磁體組潘引年老師說(shuō)：“過(guò)年是小孩子的事，老了過(guò)不過(guò)都一樣。”中控組一群年輕人表示：“時(shí)刻準(zhǔn)備，服從安排。”低溫組歐陽(yáng)崢嶸老師說(shuō)：“箭在弦上，已經(jīng)到了不得不發(fā)的狀態(tài)。”
　會(huì)議最后的決議是：各分系統(tǒng)分頭做好扎實(shí)準(zhǔn)備，多考慮相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，緊急情況下的預(yù)案要想周到，根據(jù)降溫進(jìn)程，大年三十上午8點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)通電測(cè)試，中午在文化走廊吃年飯。戰(zhàn)斗的號(hào)角就這樣吹響了。
　大年三十因降溫沒(méi)有到位，混合磁體終于在大年初四通電勵(lì)磁再次成功。強(qiáng)磁場(chǎng)中心微信群里一片歡騰，紅包滿(mǎn)天飛。
　歷經(jīng)8年，混合磁體研制團(tuán)隊(duì)解決了諸多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝難題以及配套的子系統(tǒng)研制問(wèn)題。該混合磁體裝置的建成將有力地支撐我國(guó)物理、材料、化學(xué)、生命科學(xué)等多學(xué)科在極端條件下的基礎(chǔ)科學(xué)前沿探索，同時(shí)，研制混合磁體裝置有效地帶動(dòng)了包括大型高場(chǎng)超導(dǎo)磁體技術(shù)在內(nèi)的強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展。
　人往往是這樣，等成功的激動(dòng)已過(guò)，歡樂(lè)漸漸減退，就開(kāi)始感受到未來(lái)還有更加艱巨的任務(wù)等著。匡光力指出：“之前僅是階段性地圓了強(qiáng)磁場(chǎng)科技人員的夢(mèng)想，接下來(lái)強(qiáng)磁場(chǎng)中心將追求更高的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)，向世界第一穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)挺進(jìn)。”