摘要：在竞争“胶着”状态下胜出
热烈掌声响起，时间定格在9月22日10时17分，一项新的世界纪录诞生了——中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心，自主研制的水冷磁体产生42.02万高斯（即42.02特斯拉）的稳态磁场。
这一世界记录来之不易，可以说是在竞争“胶着”状态下胜出。2014年荷兰的水冷磁体创下37.5万高斯的世界纪录，2015年合肥物质科学研究院以38.5万高斯打破这一纪录，但2017年美国又以41.4万高斯追了上来，此次合肥物质科学研究院再次打破世界纪录，42.02万高斯成为国际强磁场水冷磁体技术新的里程碑。
看上去只多出0.62万高斯，但其价值非同一般。“百米赛跑快0.01秒也很有价值。就像攀登珠穆朗玛峰，最后迈出的任何一步都非常艰难、也非常有价值。从技术研发角度看，这说明我们掌握了最好的技术。”强磁场科学中心学术主任匡光力研究员告诉解放日报·上观新闻记者。
【为建设55万高斯混合磁体打下基础】
磁场看不见也摸不着，却无处不在。地球本身就是一个磁体，其磁场强度约为0.5高斯，别小看这0.5高斯，它足以撬动指南针始终指向南方，且可以保护地球免受宇宙射线的辐射。我们所熟悉的医院的核磁共振仪器一般是1.5-3万高斯的磁场。
在现代科学界，强磁场、超高压和极低温都是重要的实验条件。自1913年以来，诞生了10多项与强磁场有关的诺贝尔奖。强磁场为物理、化学、材料、生命科学等学科研究提供了一种极端实验条件。
目前，全世界只有五个国家建有稳态强磁场实验室，分别是美国、法国、荷兰、日本和中国。产生尽可能高的磁场，是各国强磁场实验室首要的科学任务。实验过程中，磁场能使物质的特性发生改变，而磁场越强带来的“惊喜”就越多。
稳态强磁场磁体分为水冷磁体、超导磁体以及由水冷磁体和超导磁体组合的混合磁体。随着电流增大，导体受到的电磁力急剧增加，磁体内的热量超乎寻常地变大，高速流动的去离子水可以迅速带走热量，这就是水冷磁体；超导是一种非常有趣的物理现象，在低温下处于超导态的导体电阻将消失。不妨这样想象：超导电子可以在宽阔的大街上畅通无阻地前行。
不论是水冷磁体还是超导磁体都有各自的局限，如何才能获得更强的磁场？混合磁体应运而生。混合磁体是国际上技术难度最高的磁体，也是能够产生最高稳态磁场的磁体。全世界五大稳态强磁场实验室，目前建成混合磁体的只有两家，即美国国家强磁场实验室和合肥物质科学研究院。1999年美国国家强磁场实验室的混合磁体创造了45万高斯的世界纪录。
2022年，合肥物质科学研究院强磁场科学中心的混合磁体产生了45.22万高斯的稳态磁场，刷新了同类型磁体的世界纪录，成为目前全球范围内可支持科学研究的最高稳态磁场。
“水冷磁体和超导磁体当时分别贡献的磁场强度是34.22万高斯和11万高斯。为什么说今天水冷磁体创造的42.02万高斯的世界纪录如此重要，因为它为我们建设下一代55万高斯的混合磁体，打下了非常坚实的基础。”匡光力说。
解放日报·上观新闻记者在刚创下世界纪录的水冷磁体实验室看到，地面上有两道分别标记着100高斯和50高斯的黄线。原来，随着磁体外表的屏蔽和距离的远近，磁场会迅速衰减。即使磁体内部的磁场达到40.02万高斯甚至更高，这两道线的位置只有100高斯和50高斯的磁场，而黄线以外的磁场就更加微乎其微。
黄线以外的磁场微乎其微。黄海华 摄
【探索大科学装置“沿途下蛋”路径】
合肥物质科学研究院稳态强磁场实验装置2010年开始“边建设、边运行”，2017年全部建成投入全面运行。截至2023年底，装置已运行超过60万小时，为国内外197家单位提供实验条件。装置用户在新奇量子效应、超导机理、新材料探索、催化机制、诊疗技术等领域开展了3500余项课题的前沿研究，取得了一系列重大科技成果，如首次发现外尔轨道导致的三维量子霍尔效应、揭示日光照射改善学习记忆的分子及神经环路机制等。
合肥物质科学研究院是合肥综合性国家科学中心大科学装置最集中的单位。在大科学装置建设和运行过程中，合肥综合性国家科学中心在体制、机制上进行了有益的探索。
他们首创了地方审批并代建设施园区工程模式，极大缩短了建设工期；探索大科学装置“沿途下蛋”路径，推动高校院所与企业主体形成创新联合体，以“财政补助+股权投资”方式，就地转化为现实生产力。
强磁场科学中心王俊峰研究员课题组，利用装置最新研制了新一代肝泌素产品，其热稳定性和体内半衰期都得到了极大的提高，可实现常规保存和一周给药一次，在药效方面好于已上市的GLP1靶点相关药物，有望用于非酒精性脂肪肝炎、肥胖及糖尿病等慢性代谢性疾病治疗。相关研究成果已获得国家发明专利和国际专利授权保护，正积极推进肝泌素产业转化。
大科学装置关键是要用起来，不能成为摆设。全球科学家都可以申请来稳态强磁场实验室做实验，强磁场科学中心陆轻铀研究员课题组为此搭建了实验系统，建成了水冷、混合磁体扫描隧道显微镜，磁场强度达35万高斯，可以在高水流速度下起到防震的作用，并能很好地成像。此外，他们还在国际上首创了扫描隧道-磁力-原子力组合显微系统，可以给出30万高斯以上强磁场下材料的电子结构、原子结构和磁结构的性质，并实现原位换针。过去，如果想在材料中看到这三类结构，需要三个探针分别进行操作，若想提高观测精度还需把探针再取出来，可能损坏污染材料。
据悉，该产品已有样机出台，属于国际领先技术。基于在半导体工业、电子材料等重要领域的应用，其潜在市场空间巨大，能够带动真空、低温、强磁场等多种大型设备市场的显著发展。
