我国为什么要研制强磁源？

据悉，中科院合肥强磁中心所研制的“世界第二强”强磁源已经于2017年2月顺利结题。该项目所研制的磁场强度高达40万高斯，位居世界第二，而目前的世界纪录为45万高斯。既然国外已经有人做出了世界第一强的磁场源，那么为什么我国仍要继续研发一个“世界第二”的强磁源呢，其意义何在呢？

据中科院合肥物质科学研究院院长匡光力透露，现在所研制的混合磁体装置是由一个能产生30万高斯的稳态磁场水冷磁体和一个能产生10万高斯的稳态磁场的超导磁体组成（如图1）。虽然从数学上来说，30+10=40只是一个简单的数学运算，也简单地遵从着磁场的叠加定理，但是由于如此强的两个磁体相组合，它们之间存在着如此强大的相互作用力。

^{图1：混合磁体磁感应强度趋势图（混合磁体的磁感应强度由超导磁体和水冷磁体叠加而成）（图片来自皖江新兴产业技术发展中心 新闻网）}

只要在组合的过程中，两个磁面重合稍微有一点点偏差，就会对磁体产生吨级以上的作用力，这样的“互相伤害”很容易使得两块磁体受损甚至报废。

^{图2：混合磁体装置（图片来自网络）}

上面所提到的两个核心器件之一的水冷磁体是用“水”来冷却的磁体，它为什么能够产生高达30万高斯的磁场呢？打个比方来说就是，一根通电的直导线周围会产生一定的磁场，如果我们将该导线制成一圈环，那么就会发现环周围的磁场强度相对于之前的直导线所产生的磁场强度更强，更集中；更进一步，如果我们将环数升至100圈，那么该磁场强度将比一圈环强近100倍。而水冷磁铁就是根据类似的原理制成，只不过水冷磁铁是利用的“比特片”来替代“线圈”，在比特片产生磁场的同时要产生大量的热量，所以就需要大量的水来冷却磁体，“水冷磁体”由此而得名。

^{图3：左图为单块比特片，右图为多块比特片堆积而成，可有效的实现磁场的叠加（图片来自网络）}

另外一个核心器件——超导磁体，是利用低温世界中的超导体在其临界温度以下无电阻特性，在超导体内通一定强度的电流，那么将会产生源源不断的高强度的稳磁场。当然，超导磁体不像水冷磁体一样“吃水”，超导磁体要吃大量的液氮，因为超导体要想进入超导状态，必须要靠液氮来冷却至超导临界温度以下。

虽然强磁源的项目已经通过验收，但是我国仍要不断地自主研发更高强度的强磁源，因为高强度的强磁源可以诱导微观世界中粒子的新物态的产生。最为出名的就是1985年的物理诺贝尔物理学奖授予了德国的物理学家冯·克利青，因为他发现整数量子霍尔效应，而这个发现就是在强磁场中实现的。强磁源的研发不仅对于物理上的学术研究有极为重要的帮助，甚至在其它方面，比如医学上的核磁成像技术上也有着重要应用。