華中科技大學脈衝強磁場實驗室

華中科技大學脈衝強磁場實驗室位於華中科技大學東校區，是中國十一五期間計畫建設的十二項國家重大科技基礎設施之一，也是教育部所屬高校承建的第一個國家重大科技基礎設施項目。

基本介紹

• 中文名：華中科技大學脈衝強磁場實驗室
• 地點：華中科技大學東校區
• 時間：2007年
• 計畫投資：1.335億元

申請批准

在中國和比利時政府間科技合作協定框架下，“超強脈衝磁場開發研究”項目於2002年和2007年兩度得到了雙方政府的資助，該項目由華中科技大學與比利時魯汶大學聯合執行。以實施該項目為基礎，華中科技大學建立了脈衝強磁場實驗室。比利時魯汶大學每年派專家來華工作，指導實驗室建設，並接收華中科技大學選派的研究人員前往歐洲強磁場實驗室學習，雙方開展了大量的合作研究工作。

華中科技大學與魯汶大學共同合作開發了脈衝磁體設計軟體PMDS2.0，被歐洲“DeNUF”項目採納為磁體設計工具。

2003年至2004年，華中科技大學脈衝強磁場實驗室成為教育部重點實驗室，研製出國內最高磁場強度的脈衝強磁場裝置。之後，華中科技大學又以脈衝強磁場教育部重點實驗室的建設為基礎，在中比政府間科技合作的支持下，申報了脈衝強磁場國家重大科技基礎設施，並獲得了批准。

華中科技大學的脈衝強磁場實驗室在建設之初，就瞄準世界先進水平，以國際科技合作為支撐，旨在建設高水平的脈衝強磁場裝置。經過短短5年的時間，科研水平實現了跨越式發展，磁場強度提高了一倍，為建設世界一流脈衝強磁場裝置奠定了堅實基礎。同時，學校與世界主要的脈衝強磁場實驗室建立了緊密的合作關係，得到世界脈衝強磁場學界的認可。在未來5年內，華中科技大學有望建設世界一流的脈衝強磁場實驗室，研製出80特斯拉以上脈衝磁體，衝擊世界脈衝磁場強度記錄，使中國在脈衝強磁場領域達到世界先進水平。

建造

國家發改委於2007年初正式批准華中科技大學與中科院合肥物質科學研究院聯合承擔強磁場實驗裝置建設任務。該項目計畫投資1.335億元，首期投資1.2億元，建設期五年。其建設內容為：建設11個50-80T短脈衝磁體、長脈衝磁體和長短合成脈衝磁體；建設12MJ電容儲能型和100MVA/100MJ的脈衝發電機型兩類脈衝電源；建設電輸運、磁特性、磁光特性、壓力效應、極低溫等7套科學實驗測試系統以及相應的配套設施。

實驗室在“985工程”和“211工程”的大力支持下，現擁有了一批具有國際先進水平的儀器設備，其中包括：由美國德克薩斯大學贈送的100MVA/100MJ脈衝發電機組，該設備的參數非常適合用作脈衝強磁場電源系統，能夠提供與美國Los Alamos脈衝強磁場國家實驗室相似的電源條件；與比利時魯汶大學聯合開發的脈衝磁體分析與設計軟體；自主研製的70T/16mm/30ms脈衝磁體、1MJ/25kV/30kA脈衝電容器電源系統、電輸運科學實驗測試系統、磁特性科學實驗測試系統和脈衝強磁場測量與控制系統等；建有具有完備防護功能的兩個科學實驗測試間和兩套雙杜瓦低溫系統，最低溫度分別可達4.2K和1.8K。

華中科大脈衝強磁場實驗裝置於2008年4月開工建設，該實驗室完全由自主研發，預計4年後建成，對科學家免費開放。屆時，將和美、德、法三國同類實驗室一併成為世界四大脈衝強磁場實驗室。

2009年3月31日，脈衝強磁實驗裝置樣機系統的首次公開演示。

“脈衝強磁場之父”弗里茨·亨納

2009年4月10日，中國最大脈衝強磁場實驗裝置的樣機系統組裝、調試完成。

研究領域

磁現象是物質的基本現象之一。科學研究早已證實，當物質處在磁場中，其內部結構可能發生改變，磁場因而一直是研究物理等諸多學科的一種非常有用的工具。強磁場與極低溫、超高壓一樣，被列為現代科學實驗最重要的極端條件之一。它可分為穩態強磁場和脈衝強磁場兩大類，其對應的發生裝置又分為穩態強磁場裝置和脈衝強磁場裝置。

由於在極端磁場條件下，物質的結構會發生改變，利用這一技術，能為物理、材料、化學、生命與醫學等領域的科研提供平台，比如醫學上運用的核磁共振成像技術。

脈衝強磁場重點實驗室涉及的研究領域包括物理、材料、化學、力學、生物、醫學等學科，是一個理工交叉的科學研究平台。目前已開展了現今國內最高脈衝場強下的超導材料、磁電阻材料和稀磁半導體性能等方面的研究（截至2009年4月）。

開展的主要研究方向：

半導體（半導體及自旋電子學研究、半導體低維結構的研究、半導體材料磁光研究、半導體材料輸運研究等）；

超導體（高溫超導機理研究及新超導體探索研究）；

巨磁電阻；

磁性材料；

納米和低維材料（輸運研究、納米結構中的量子調控研究、低維分子磁體性能研究）；

原子、分子磁光光譜研究；

化學（控制化學反應方向等）。

系統結構

該樣機系統包含1MJ/25kV脈衝電容器型電源、遠程控制系統、4個短脈衝磁體、2個科學實驗站和2套低溫系統。經測試，100萬焦耳的脈衝電源使磁體放電，25毫秒的瞬間，裝置產生50萬高斯的磁場強度，相當於地球磁場強度的100萬倍。樣機系統達到各項設計指標，測試精度超過世界領先的比利時魯汶大學同類型實驗室。

地位與意義

脈衝強磁場實驗裝置是中國“十一五”期間計畫建設的國家重大科技基礎設施之一，也是教育部所屬高校承建的第一個國家重大科技基礎設施項目，將建成為世界四大脈衝強磁場科學中心之一。

脈衝強磁場實驗裝置的建設，不僅對提升國家科學研究的自主創新能力和整體水平有著重大意義，還可與區域優勢資源相結合，帶動湖北特別是武漢光谷的光電器件、納米級半導體器件與大型電磁裝置等技術的發展，促進生命科學、醫學、光電子信息及材料等領域的套用研究，促進相關學科領域人才的聚集，在光谷腹地形成一個人才高地，從而更好地服務於地方建設與發展。

2014年10月23日，我國“十一五”期間部署建設的國家重大科技基礎設施項目——脈衝強磁場實驗裝置，在湖北武漢通過國家驗收，標誌著我國成為繼美、德、法之後第四個擁有國際頂級水平大型脈衝磁場實驗裝置的國家。