我国科学研究发展需要脉冲强磁场实验装置

——访中国工程院院士、华中科大潘垣教授

通讯员周前进耿俊伟

作为落户我省的第一个国家重大科技基础设施项目，脉冲强磁场实验装置对我国我省基础科学研究的原始创新及经济社会发展究竟有哪些推动作用？12日，记者就此专访了华中科技大学电气与电子工程学院的潘垣院士和夏正才教授。

国家为什么要建设脉冲强磁场装置？潘院士开门见山地说，科学研究发展至今，越来越需要利用极端条件来发现未知、研究规律，推动科学的进步和社会的发展。在我国建设脉冲强磁场大科学工程，从国际、国内相关研究的现状和趋势来看，都符合这一需要。

磁现象是物质的基本现象之一。科学研究早已证实，当物质处在磁场中，其内部结构可能发生改变。磁场因而一直是研究物理等诸多学科的一种非常有用的工具。强磁场与极低温、超高压一样，被列为现代科学实验最重要的极端条件之一。它可分为稳态强磁场和脉冲强磁场两大类，其对应的发生装置又分为稳态强磁场装置和脉冲强磁场装置。

强磁场条件下物质结构可能发生变化，为物理、化学、材料和生物等学科研究提供了新途径，产生了新成果。数十年来，各国学者在此条件下的科学研究一直非常活跃，取得了大批原创性重大成果，并推动了相关新兴高技术产业的发展。一个典型的用强磁场进行物质结构研究而获得重大成果的例子：核磁共振成像技术，因具有使人类能够清清楚楚地看见自己或其他生物体内的器官，且无放射损伤等优点，在疾病诊断和医学研究等领域中的应用被人们广为熟知，还带动了医疗器械等众多领域的高技术产业的发展。美国人保罗·C·劳特伯和英国人皮特·曼斯菲尔德就是因发明了应用核磁共振成像技术显示人体复杂结构的技术而获得了2003年度诺贝尔生理或医学奖。此前，因从事核磁共振方面研究而获得物理学和化学诺贝尔奖的，还有3项成果、4位学者。

有资料显示，自1913年以来，有19项与强磁场有关的成果获得了诺贝尔奖，其中1项医学奖，5项化学奖，13项物理学奖；仅近20年来，就有8项与此有关的成果获得诺贝尔奖，如量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、磁共振成像等。

随着此领域科学研究的不断发展，科学家对磁场强度的要求越来越高，而由于受技术限制，稳态强磁场的场强难以继续大幅度提高，因而，为获取更高的场强，上世纪90年代以来，欧美各主要发达国家掀起了一股兴建脉冲强磁场实验室的高潮。截至目前，全球上规模的国家级脉冲强磁场已建成2个，即美国的洛斯阿拉莫斯脉冲强磁场国家实验室和法国的图卢兹脉冲强磁场国家实验室，正在建设的有1个——德国的德累斯顿脉冲强磁场实验室；华中科大承建的脉冲强磁场装置是第4个。

潘院士介绍，由于我国脉冲强磁场设施非常缺乏，国内科研工作者的很多研究无法在国内进行，他们都迫切需要我国拥有这方面的基础设施。

2001年，为使我国的强磁场水平和科学研究进入国际先进行列，为发展新的更高的强磁场提供实验平台，华中科技大学在我国率先提出了尽快建设脉冲强磁场重大科技基础设施的建议。在湖北省及武汉市领导的大力支持下，经过多方、多年的努力，脉冲强磁场实验装置和中科院建议的稳态强磁场实验装置最终共同列入了国家“十一五”重大科技基础设施建设计划，并获准立项建设。

脉冲强磁场装置不仅对提升我国科学研究的自主创新能力和整体水平有着重大意义；该装置落户武汉，与区域优势资源相结合，还可带动湖北，特别是武汉光谷的光电器件、纳米级半导体器件与大型电磁装置等技术的发展，促进生命科学、医学、光电子信息及材料等领域的应用研究，促进相关学科领域人才的聚集，在光谷腹地，形成一个相关学科的人才高地，从而可更好地为地方的建设与发展服务。

目前，华中科技大学已建成了脉冲强磁场教育部重点实验室，聘请了享有国际“脉冲强磁场之父”之称的比利时鲁汶大学弗里茨·亨纳齐教授担任顾问，引进了一批优秀人才，相关学科及技术也已具备很强的实力，实验装置的建设可以说从一开始就站在了国际先进水平的起点上。

根据国家发展改革委的批复，强磁场实验装置的建设目标是：建成为具有国际先进水平、可为众多学科领域的科学研究提供强磁场极端实验环境和测试手段的大型综合科学实验装置，成为世界最著名的强磁场科学研究中心之一。脉冲强磁场装置的建设目标为：建成50-80万高斯脉冲强磁场，系统地开展凝聚态物理、材料科学及半导体器件等基础领域的科学研究，为获取一批原始创新的重大研究成果奠定重要基础；成为与美、法、德等建设的国家脉冲强磁场实验室并列的世界四大脉冲强磁场科学中心之一。

国家重大科技基础设施是我国推进基础科学原始创新的重要支撑平台，在我国基础科学研究和经济建设中发挥着重要作用。目前已建成了北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器、合肥核聚变超导托卡马克实验装置及合肥同步辐射光源国家实验室等一批重大科技基础设施。

潘 垣：中国工程院院士、磁约束聚变技术和高功率脉冲电源技术专家。我国最早开展核聚变研究的主要成员之一，我国磁约束聚变技术和大型脉冲电源技术的主要开拓者，也是迄今为止两院中在磁约束聚变技术方面唯一的院士。