中国最大单体超导磁铁研制成功

月19日下午5点，中科院高能物理所电子对撞机重大改造工程现场一片欢腾，一场形式简单、气氛热烈的庆功会在此举行。历经3年的艰辛，由中国科学家和工程技术人员研制的北京谱仪III（BESIII）超导磁铁励磁成功。 


    “BESIII超导磁铁是北京谱仪的关键部件之一。实现电子对撞需要很强的磁场，通常得到强磁场的途径就是加大电磁铁线圈缠绕圈数、加大电磁铁电流等，而过多缠绕线圈会带来磁铁体积过大、温度过高等难以克服的困难。超导磁铁就是利用导体在一定温度条件下电阻为零的现象，给磁铁中加入强电流，从而得到强磁场。”高能物理所副所长王贻芳说，“我们利用液氮、液氦降温的办法，在零下270℃左右实现超导，今天早上8点超导磁铁励磁成功。测试结果显示：超导磁铁励磁到1万高斯，是地球磁场的2万倍，电流达到3368安培，最大储能达到1000万焦耳，各项指标达到设计要求。它的研制成功标志着我国超导技术的巨大进步，是北京正负电子对撞机重大改造工程建设的重要里程碑。目前，国际上只有欧美、日本可以进行此种大型探测器单体超导磁铁的研制。” 


    “我们采用的是单体超导磁铁的方式。与其他组合型超导磁铁相比，单体超导磁铁的口径大、磁场强度高，而且磁场强度均匀，这是北京谱仪期望达到的磁场条件。”因为连续熬夜，再加上小半杯庆功香槟下肚，高能所北京谱仪超导磁铁系统负责人朱自安从眼底到脖根都有些微红。 


    高能物理所研制的超导磁铁直径为3.4米，长度达到4米。朱自安说，在缠绕超导线圈时，对超导线缠绕预应力、内部洁净度等要求很高。12位工程技术人员分为两组，24小时不停地钻进磁铁内缠绕、刷低温胶，整整干了3个月。因为采用了一种特殊的低温环氧胶，这种低温胶渗透力很强，技术人员虽然戴着橡胶防护手套，但还是有很多人的手上脱下皮来，后来他们在施工中采取通风除汗、橡胶加棉手套双层保护等措施，这一问题才得以解决。 


    电流引线是给超导磁铁通电的过渡件，是超导磁体的关键部件之一。由于从美国进口的电流引线出现问题，BESIII超导磁体系统进度受到很大影响。超导磁铁组为保证工程进度，决定进行攻关，自制电流引线，在征询了国内外低温和超导磁体专家的建议后，经过充分讨论和计算，他们设计了新的电流引线，并在阀箱内增加了冷却腔的设计，制定了详细的试验方案。超导磁铁组精心组织备料、设计、加工、组装等工作，加班加点完成了电流引线的测试，试验结果证明，自主研制的电流引线综合性能优越，能保证超导磁铁运行的稳定性和可靠性。“因为研制这样的大型超导磁铁涉及很多技术细节，国内以前又没做过，研制过程中我们聘请了两位退休的所外超导专家，也得到了美国、日本和德国一些专家的热情帮助。BESIII超导磁铁是由高能物理研究所自主研制的我国单体最大的超导磁铁，这表明我们自己有力量在超导磁铁技术方面作出成果。超导磁铁在国民经济和人口医疗卫生方面应用广泛，但我国目前几乎全依靠进口。中科院高能物理所有了这样一个基础后，下一步准备将成果转化，目前已经着手研制医用核磁共振成像用的超导磁铁和清除煤等物质中的微量磁性杂质的超导除铁器。我们将争取在民用超导磁铁方面有所作为。”朱自安说。（