在中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心，團(tuán)隊中控系統(tǒng)“95后”科研人員劉雪澄正在給“00后”研究生講解中控系統(tǒng)操作規(guī)范。再過不久，這名研究生也將成為這里的熟面孔，在導(dǎo)師張俊研究員指導(dǎo)下，逐步接觸到穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置高場磁體研制相關(guān)任務(wù)。
把時鐘撥回33個月前。
2022年8月12日，入職剛滿一個月的劉雪澄，協(xié)助同事共同完成了一項實(shí)驗(yàn)。直到周圍研究人員開始擁抱歡呼，她才意識到，這是個大項目：由高場磁體技術(shù)青年創(chuàng)新先鋒隊(以下簡稱“青年創(chuàng)新先鋒隊”)研制的混合磁體產(chǎn)生了45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)磁場，刷新塵封23年的世界紀(jì)錄。
近年來，青年創(chuàng)新先鋒隊在穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場領(lǐng)域不斷取得自主研發(fā)的創(chuàng)新成果：2022年，混合磁體產(chǎn)生了45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)磁場，目前仍是全球范圍內(nèi)可支持科學(xué)研究的最高穩(wěn)態(tài)磁場；2024年，水冷磁體成功產(chǎn)生42.02萬高斯的穩(wěn)態(tài)磁場，再次刷新世界紀(jì)錄。
這支平均年齡不到35歲的“青年創(chuàng)新先鋒隊”，正在以青年之力，為中國科技發(fā)展注入新能量，助推強(qiáng)磁場技術(shù)發(fā)展邁上一個又一個巔峰。
日前，2025年度中國青年五四獎?wù)聜€人(集體)入圍名單公布，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院高場磁體技術(shù)青年創(chuàng)新先鋒隊赫然在列。
強(qiáng)磁場促強(qiáng)科研
極低溫、超高壓、強(qiáng)磁場是當(dāng)代科學(xué)前沿必爭的三大極端實(shí)驗(yàn)條件。
地球磁場約為0.5高斯，無論是42.02萬高斯還是45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場環(huán)境，都相當(dāng)于地球磁場的80萬至90萬倍。
在強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，物質(zhì)特性會發(fā)生一定變化，科學(xué)家可以拿著“顯微鏡”發(fā)現(xiàn)物質(zhì)新現(xiàn)象、研究物質(zhì)新規(guī)律。在過去幾十年里，全球科學(xué)家已在穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場條件下取得多項重大科學(xué)成果，研究領(lǐng)域覆蓋物理、化學(xué)、材料、生物等學(xué)科。
“磁場越強(qiáng)，物質(zhì)內(nèi)部就會展現(xiàn)出越多可追蹤、可探尋的規(guī)律，而我們現(xiàn)在所做的，就是為國內(nèi)基礎(chǔ)學(xué)科科學(xué)家提供更好的實(shí)驗(yàn)條件?！睆?qiáng)磁場科學(xué)中心研究員、水冷磁體負(fù)責(zé)人房震介紹，隨著穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置不斷取得突破，為凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域提供了強(qiáng)大穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)條件，國內(nèi)研究者可以在合肥科學(xué)島，享受到遠(yuǎn)超國外的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場磁體分為三種類型，即水冷磁體、超導(dǎo)磁體以及由水冷磁體和超導(dǎo)磁體組合的混合磁體。其中，水冷磁體是科學(xué)家們最早使用的磁體類型，也是團(tuán)隊一手培養(yǎng)起來的“單打冠軍”。
自2020年起，團(tuán)隊從磁體和電源、冷卻系統(tǒng)等支撐系統(tǒng)入手，不斷改進(jìn)提升。青年創(chuàng)新先鋒隊33人團(tuán)隊，被分為磁體、電源、水冷、中控四個小組，在近六年的試驗(yàn)里經(jīng)歷過多次大大小小的失敗，進(jìn)行十多項技術(shù)創(chuàng)新后，提出了全新的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、線圈設(shè)計思路和新型水冷磁體設(shè)計方案，合力保障穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場裝置的建設(shè)與穩(wěn)定高效運(yùn)行。
在穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置附近，兩個巨大的罐體格外顯眼。“這是水冷系統(tǒng)的蓄冷裝置，作為冷源將磁體運(yùn)行產(chǎn)生的巨大熱量帶走，也決定了高場磁體可以‘穩(wěn)’多久。”團(tuán)隊水冷系統(tǒng)負(fù)責(zé)人唐佳麗介紹，按照最初設(shè)計，3000立方容積的蓄冷罐，能保障水冷磁體在20兆瓦(MW)功率下穩(wěn)場運(yùn)行3小時，但隨著磁體用戶對更長實(shí)驗(yàn)時間的迫切需求，我們必須探索適用于極端工況且更先進(jìn)的水蓄冷技術(shù)，有效提升系統(tǒng)蓄冷量?！巴ㄟ^技術(shù)改造與創(chuàng)新，目前蓄冷容積已由3000立方提升至6000立方，可保障高場磁體在20MW功率下6小時的穩(wěn)場運(yùn)行?！碧萍邀愓f。
“青年”之間的傳承
在科學(xué)島上，談起團(tuán)隊如今取得的兩項“世界紀(jì)錄”，不少科研人員都會這樣說：我們是站在巨人的肩膀上搞科研。
大科學(xué)裝置的建設(shè)運(yùn)行不是一蹴而就的。
2007年，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置獲批立項成為“十一五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。此后十七年里，我國穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場建設(shè)經(jīng)歷了從“0”到“1”，從跟跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變。
王燦今年39歲，“島齡”17年，目前是青年創(chuàng)新先鋒隊電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)人。
“與從1到99相比，‘從0到1’的創(chuàng)業(yè)過程更難?！蓖鯛N是兩個過程的親歷者，當(dāng)初老一輩科研人員帶著年輕人從零開始，一張一張畫圖紙、搞設(shè)計、做樣機(jī)，一邊實(shí)驗(yàn)一邊調(diào)整設(shè)備參數(shù)，終于在2012年研制出第一代穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置。
這種“難”不僅是在技術(shù)攻關(guān)上，同樣也在心態(tài)上。
最初跟隨前輩一起做課題時，王燦也有過緊張和害怕，總擔(dān)心自己負(fù)責(zé)的內(nèi)容會出錯?！芭c我的忐忑相比，發(fā)現(xiàn)問題時，老師反而會很興奮，他們在‘捉蟲’的過程中體驗(yàn)科研的樂趣。”這也讓王燦在日后攀登高峰的過程中有了底氣：科研中遇到問題解決問題是必然的，重要的是享受這一過程。
信心比黃金還珍貴，在科研中更是如此。“我們團(tuán)隊里很多90后、95后，慢慢他們也會有‘主人公意識’，成為挑大梁的人?！碧萍邀惽逦赜浀米约菏呛螘r開始萌發(fā)“主人公意識”，那是2018年水冷系統(tǒng)面臨升級改造，關(guān)系到高場磁體未來可以運(yùn)行更長機(jī)時的水蓄冷改造任務(wù)落在唐佳麗身上時，個人與團(tuán)隊，水冷系統(tǒng)與穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置，局部與整體，太多原先不曾思考過的內(nèi)容一下子涌入到唐佳麗的腦子里，匯成一句話：那是一種清晰的責(zé)任感和使命感。
如今，從前輩手中接過接力棒，房震、張俊、王燦和唐佳麗他們也成長為青年一代的“底氣”，他們也希望把責(zé)任感和榮譽(yù)感傳遞下去：陪青年人不分晝夜地泡實(shí)驗(yàn)室、找方案，培養(yǎng)年輕人用系統(tǒng)眼光看待難題，會和年輕人一起爬高下低檢修設(shè)備，會學(xué)習(xí)年輕人的愛好，培養(yǎng)默契。
這是青年從前輩處獲得的經(jīng)驗(yàn)傳遞，也是青年與青年之間的攜手共進(jìn)。
“下一步，我們將瞄準(zhǔn)更高磁場進(jìn)行攻關(guān)，建設(shè)更高磁場強(qiáng)度和更先進(jìn)表征技術(shù)的下一代穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場大科學(xué)裝置，打造原始創(chuàng)新策源地和新質(zhì)生產(chǎn)力的源動力，支撐我國高溫超導(dǎo)材料、新型電子材料、靶向藥物、精密儀器和智能裝備等相關(guān)技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)變革?！闭劦角嗄陝?chuàng)新先鋒隊未來的科研目標(biāo)，房震如是說。
