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“磁铁”即将改变人类未来--中国又一技术超美

摘要: 最近,一则简短的科技新闻在各大媒体上一飘而过,标题是《我国稳态强磁实验装置刷新世界纪录》。嗯~估计大部分人看到这个新闻后会产生两个疑问,稳态?强磁?磁铁不都是稳定的么,电磁铁不也是通电就可以了么。诶?


“磁铁”即将改变人类未来--中国又一技术超美_科技_2022-9-23 09:15发布_中享网

最近,一则简短的科技新闻在各大媒体上一飘而过,标题是《我国稳态强磁实验装置刷新世界纪录》。嗯~估计大部分人看到这个新闻后会产生两个疑问,稳态?强磁?磁铁不都是稳定的么,电磁铁不也是通电就可以了么。

诶?还真没这么简单!那今天,咱们就来详细地说说这个 稳态强磁是个什么神秘装置。

首先,咱们先电磁铁,它在达到较高的磁性后是很难保证稳定的磁矩输出的。就好比人工太阳,也就是受控核聚变技术,科学家们还在一秒一秒突破和提高。强磁也是一样。不仅要保持能源的高流量输出还要保持高流量稳定的输出,同时还要保证超高流量通过时所带来的巨大热量的散发。

所以这个技术就不是简简单单地靠放大设备尺寸堆材料就能实现的了。他不仅要使用到超导材料,还要针对这个装置创建一套完整的配套设备,和能源管理系统,这都需要科学家们一项项地攻关。

“磁铁”即将改变人类未来--中国又一技术超美_科技_2022-9-23 09:15发布_中享网

那么咱们这个稳态强磁实验装置能产生多大的磁力呢。新闻中透露是45.22万高斯,也就是45.22特斯拉。这特斯拉就是那个天才电气工程师,尼古拉特斯拉,这个国际通用的磁通量密度单位就是为了纪念特斯拉而应用的。在实验室中1特斯拉等于1万高斯。这45.22万高斯打破了国际上最高,也就是美国的45万高斯多了2200高斯。可别小看这多出来的2200高斯,这就好比在90分的基础上实现了新的提高,难度可想而知。

别看我们国家现在是超过了国际水平,但实际上我们的起步很晚,相比于美欧20世纪60年代就开始的研究,我们国家2007年才由发改委正式批复同意强磁场装置的建设。我们虽然起步晚起点高,但顺利地完成了任务,更难能可贵的是,我们的科研队伍平均年龄却只有35岁。未来他们的发展潜力难以估量啊。


“磁铁”即将改变人类未来--中国又一技术超美_科技_2022-9-23 09:15发布_中享网

那这45.22万高斯的磁场是什么概念呢?首先我们对于强磁场的定义是超过20万高斯,一般咱们生活中可以接触到的强磁场是常用在医院的磁共振成像,也就是MRI,它的磁场可以达到8万高斯。它可以不用侵入到咱们人体就可以把咱们的脏器看个清楚。而咱们脚下地球的磁场约等于0.5高斯,就是这0.5高斯,就可以让咱们手中的指南针转动,就可以让鸟类辨别方向,你可别认为这0.5高斯就能把人嘬在地上啊,那是重力,跟咱们说的这个是磁场不是一回事啊。所以说,地球这0.5高斯就能干这么多事,可想而知这90多万倍的45.22万高斯能做的事有多少。

但是毕竟这个是磁铁,大家对于磁力的认知基本还都停留在电机,冰箱贴这种普通的磁铁认知。大部分人并不知道,强磁场能做的工作远超咱们的想象,甚至可以帮助人类实现,通信、材料医学、化学、物理学等等众多学科的突破。

自从迈克尔法拉第在1831年发现电磁感应之后,人类对于电磁领域的研究就不断地推进。在强磁场试验下,物质特性会受到调控,而材料中的电荷、自旋、轨道这些量子态也会产生变化。我们都知道,物质的特性就是靠着分子结构来支撑的。而强磁场可以非常有效地诱导自旋、来改变电子能态和原子、分子间的相互作用,使之出现多种多样的新物理态、化学现象和效应。那么最典型的例子就是发现了量子态下的霍尔效应。和分数霍尔效应。不仅这种现象的应用范围非常广,同时我们还定义了福特和欧姆这种电气单位。那这些我们今天就不展开说了。

那强磁场到底能对现代科学技术有什么帮助呢?咱们来一一的列举

首先是半导体技术,咱们都知道,我们虽然有芯片的设计能力,但是没有芯片的制造条件,我们现在能达到的芯片制备条件稳定的生产的最高种类也就刚刚进入10纳米以内,都知道,我们没有光刻机啊,虽然我们在传统光刻机技术上想要赶超,现在看是比较的难了,甚至会是一场旷日持久的追赶,但是在半导体生长技术方面我们却有弯道超车的机会。


“磁铁”即将改变人类未来--中国又一技术超美_科技_2022-9-23 09:15发布_中享网

近两年碳纳米管技术越发火热,而在强磁场条件下,我们会应用强磁场条件来控制纳米晶线和纳米晶粒的生长,并可以让碳纳米管在金属与半导体之间进行转化,这些都是下一代微电子和光电子器件的基础。

还有磁学,也就是磁性材料的探究,有了30万高斯以上的强磁场,我们就能深入研究磁现象和新型磁性功能材料的开发的相关技术,这个技术会直接推动电机、仪表、家电、磁存储器等众多领域的发展。对咱们现在已经领先世界的电动汽车技术又是一个重大的助力。

然后是化学,我们利用强磁场可以诱发新的化学反应,这样就可以合成新的材料,这个原理还是由于强磁场可以诱导物质的电子自旋而触发的。他可以诱发新的化学反应,可以用仿生的技术来模拟生物条件下的矿化过程,及高分子材料的合成。

除此之外,微重力也是强磁场重要的研究方向,咱们太空中天宫空间站不就叫做太空实验室么,为的就是研究失重条件下的,晶体、细胞、植物等的生长,而强磁场也会产生相应的磁悬浮效应,这种微重力环境同样可以帮助我们在地面对这些方向进行研究。

而在这些研究中,还有一项技术的应用范围更加广泛,这就是NMR核磁共振的研究,这里的区分一下啊,刚才说的MRI是磁共振,这个NMR是核磁共振,是利用核磁共振原理,依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中的不同的衰减,然后再根据电磁波在这些检测位置所呈现的效果,以此来绘制成物体内部的结构图像。

而这个NMR技术,可以在从固体到液体,从材料到土壤,再到石油勘探生理解剖以及植物育种到食品加工,都可以有非常的广泛的应用。至今已经有5个诺贝尔奖授予过和NMR技术相关的科学研究了,可想而知其应用场景只广泛。

除了刚才说的这几个方面之外还有材料科学、低纬物理学,高温超导体、原子分子物理学,有机化合物研究等等诸多方面。

我们虽然在稳定强磁场方面已经领先于世界,但是在相关的脉冲强磁场的研究方面我们还处在追赶的位置,而脉冲强磁场可以轻轻松松达到百万级高斯的程度,而在苏联时期,苏联科技人员甚至曾经创造了1600万高斯的强磁场。虽然脉冲强磁场的持续时间极短,但是他超级强大的磁场除了可以对极细微尺度的物理问题研究提供手段外,还可以帮助我们研究肿瘤的产生,甚至对生物体的免疫功能有一定的调节作用。

总之,磁力的强大远超我们的想象,在不久的将来,这一中国科研重器将潜移默化地改变着我们的生活。


转自今日头条优质自媒体
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本文作者
2022-9-23 09:15
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