CHMFL

大科学装置的研究意义大科学装置的研究意义—“稳态强磁场装置”中混合磁体的研制

中科院强磁场科学中心 谭运飞

2013 年新职工培训

CHMFL报告内容报告内容

1 1 为何要研制大科学装置为何要研制大科学装置 ??

22 大科学装置很复杂吗大科学装置很复杂吗 ? ?

33 怎么把他做好怎么把他做好 ? ?

44 怎么把他用好怎么把他用好 ? ?

CHMFL科学研究的科学研究的““小米加步枪时代小米加步枪时代””

爱因斯坦

牛顿

伽利略

CHMFL科学研究的科学研究的““坦克大炮时代坦克大炮时代””

CHMFL

16T 综合物性测量系统• 最低温度： 50 mK• 最高温度： 1000 K• 最高压强： 3 GPa

磁性测量系统• 最低温度： 500 mK• 最高温度： 800 K• 最高压强： 1 GPa

X 射线衍射仪• 最低温度： 12 K• 最高温度： 1700 K

已建成

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电子顺磁共振谱仪• 最低温度： 1.85 K• 最高温度： 600 K• 可转角、可外加电压

红外光谱仪• 最低温度： 5 K• 最低波数： 10 cm-1

拉曼光谱仪• 最低温度： 5 K• 最低波数： 5 cm-1

• 最高压强： 25 GPa

已建成

CHMFL

20T 高均匀度 超导磁体： 配850MHz 、 2x600MHz 、 500MHz 系列核磁

共振谱仪。

20T 高均匀度 超导磁体： 配850MHz 、 2x600MHz 、 500MHz 系列核磁

共振谱仪。

20T 核磁共振系统

CHMFLSM4 （ 9.4T ）及磁共振成像系统

世界第二台9.4T/D400 动物磁共振成

像系统

世界第二台9.4T/D400 动物磁共振成

像系统

CHMFL科学研究的科学研究的““原子弹氢弹时代原子弹氢弹时代””

目前国内先进的科学仪器多为进口目前国内先进的科学仪器多为进口

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人造小太阳 - 原理图

大科学装置大科学装置 -- 托卡马克托卡马克 EASTEAST

人造小太阳 - 实物图

为什么要把我关起来

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9 台高场磁体 + 极低温系统 + 超高压系统 +6 类测试系统

9 台高场磁体 + 极低温系统 + 超高压系统 +6 类测试系统

稳态强磁场实验装置

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SM2 磁体 : 20T

磁带 :MFM

CMR 膜 :AFM

石墨 :STM

SM2 （ 20T ）及组合显微镜系统

CHMFL水冷磁体 WM4

场强 27.5T ，孔径 32mm场强 27.5T ，孔径 32mm

水冷磁体WM4运行中水冷磁体WM4运行中

核磁共振方法测得磁场结果

核磁共振方法测得磁场结果

1 月 16 日，输入 10MW电流功率， 20000A 高稳定度电流下，获得 26.9T 的磁场；

9 月 2 日，输入约 10MW功率， 19700A 高稳定度电流下，获得 27.53T 磁场强度。

1 月 16 日，输入 10MW电流功率， 20000A 高稳定度电流下，获得 26.9T 的磁场；

9 月 2 日，输入约 10MW功率， 19700A 高稳定度电流下，获得 27.53T 磁场强度。

磁场强度 =1172.3MHz/42.57708=27.538T

（法国 10MW-25T，美国 13MW-27T）

磁场强度 =1172.3MHz/42.57708=27.538T

（法国 10MW-25T，美国 13MW-27T）

国际先进国际先进

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已经安装到位；正在进行调试。

水冷磁体 WM1

室温孔径 32mm 场强39T

室温孔径 32mm 场强39T

WM1 磁体

水冷磁体实验平台水冷磁体实验平台

输运测试系统

创世界记录

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已经安装到位；正在进行调试。

WM2 磁体

水冷磁体 WM2

室温孔径 50mm 场强 25T室温孔径 50mm 场强 25T

世界最高磁场固体核磁共振系统之一

CHMFL

已经安装到位；正在进行调试。

WM3 容器

水冷磁体 WM3

室温孔径 200mm 场强 20T室温孔径 200mm 场强 20T

创大口径强磁场记录

CHMFL水冷磁体 WM5

室温孔径 50mm 场强36T

室温孔径 50mm 场强36T

WM5 磁体

创世界记录

WM5线圈

输运测试系统

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混合磁体由水冷磁体和套在其外的强磁场超导磁体组成，预计产生 45T，计明年 9 月建成后投入运行。

混合磁体 HM1混合磁体 HM1

混合磁体外超导磁体的主要性能指标

混合磁体实验装置结构示意图

编号 中心磁场（ T ）

工作孔径（ mm ）

工作温度(K)

工作电流(kA )

HSM 11 800 4.5 14.1

完成了研制大口径强磁场超导磁体相关技术全部工艺研究；

完成了一个试验超导磁体研制及其性能测试，验证了研制技术 !

超导磁体正在紧张有序的加工中。

完成了研制大口径强磁场超导磁体相关技术全部工艺研究；

完成了一个试验超导磁体研制及其性能测试，验证了研制技术 !

超导磁体正在紧张有序的加工中。

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混合磁体研制流程图

混合磁体 HM1混合磁体 HM1

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• 磁现象是物质的基本现象之一。当物质处在磁场中，其内部结构可能发生改变。强磁场与极低温、超高压一样，被列为现代科学实验最重要的极端条件之一。

• 有资料显示，自 1913年以来，世界上有 19项与强磁场有关的成果获得诺贝尔奖，如量子霍尔效应、磁共振成像等。

• 强磁场中心的系列高场磁体将为国内外科学家开展凝聚态物理、化学、材料、生命科学等学科的前沿研究提供强磁场实验平台。

• 强磁场装置投入运行一年多以来，已在Nature， Nature子刊， JACS等刊物发表多篇原创性成果。

强磁场条件有什么作用？强磁场条件有什么作用？

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谢谢聆您的聆听谢谢聆您的聆听