10月30日,国家稳态强磁场实验装置负责人、中国科学院杰出科技成就奖和安徽省重大科技成就奖获得者匡光力做客科大硅谷大讲堂。他用近两个小时,全景式回顾了稳态强磁场这座“大国重器”从无到有、从跟跑到领跑的跨越历程,也揭开了极端实验条件背后那些惠及寻常生活的合肥创新。
打破垄断,引来诺奖得主“打卡”
稳态强磁场实验装置,能产生相当于地球磁场90多万倍的磁场。它两度改写世界纪录,为物理、化学、材料、生命科学等领域的前沿探索提供了不可替代的极端实验条件。
大科学装置如何从“建起来”走向“用起来”?极端条件下的科学发现,又如何转化为推动产业创新的现实力量?匡光力围绕《国家稳态强磁场实验装置——支持科技创新能力及其代表性成果》开讲。
“在很多人的印象里,大科学装置离老百姓的生活很远,其实不然。大科学装置不仅仅是做基础研究,而是做技术探索,它有可能解决现实中的技术难题。”一开场,匡光力就用这句朴实的话拉近了高深科技与普通人的距离。
讲座中,匡光力如数家珍地展示了稳态强磁场实验装置的硬核实力。他坦言,很长一段时间里,中国在强磁场技术领域是一片空白。经过20年左右的不懈努力,合肥科学岛上的科研团队不仅实现了从无到有,更一举走到世界前列。
“我们的混合磁体在2022年产生了45.22万高斯(45.22T)的稳态磁场,打破了美国保持了23年的世界纪录。”匡光力在大屏幕上亮出一组数据。2024年,中国自主研制的42.02万高斯水冷磁体再创世界纪录。
匡光力透露,目前他正领衔建设我国首个集成强激光、强磁场、极低温等多项调控技术的“强光磁试验装置”。
傲人成绩背后,是无数个日夜的技术攻关。匡光力回忆起建装置时的艰难:“大家可能很难想象,磁体需要的冷却功率,能在一秒钟内把35公斤的钢水融化。”面对材料、结构及制造工艺的极限挑战,中国科研团队没有退缩,完全依靠自主研发,发明了全新的“自稳定”线圈构型,硬是把这块“硬骨头”啃了下来。
如今,这套“世界最强”的装置不仅让国内科学家自豪,也让全球同行瞩目。讲座中,匡光力分享了一个有趣的细节。
“今年8月25日,德国科学家、1985年诺贝尔物理学奖得主克劳斯·冯·克里青教授专程从德国赶到合肥,来到科学岛参观。他和我说,这几年世界上很多强磁场的重要成果都来自合肥,他如果没有来世界上最好的强磁场装置看上一眼,会非常遗憾。”
硬核“出圈”,医疗领域现“神兵利器”
大科学装置建成了,最高磁场破纪录了,但这只是开始。匡光力强调,装置建成的真正目的,是面向世界科技前沿开展科学研究,解决实际的技术难题。
“大家去医院做核磁共振(MRI),通常用的是1.5T或3T的磁场。如果磁场更强,会怎样?”匡光力指着PPT上的一组对比图介绍,磁场强度越高,核磁共振成像的分辨率就越高,细节更清晰,不仅容易检出微小病变,检查时间也大大缩短。
他透露,依托装置中9.4T的核磁共振成像系统,研究人员可以看清脑部极其精细的结构,分辨率甚至能达到50微米,连药物在脑部的代谢过程都能看得清清楚楚。
在生命健康领域,强磁场更是展现出惊人的潜力。匡光力向听众展示了团队的科学成果:“我们在27T的稳态强磁场下做实验,发现强磁场能够影响癌细胞的有丝分裂纺锤体,扰乱其生物力学环境,导致细胞无法正常分裂,从而显著抑制肿瘤生长。”
不仅是癌症治疗,强磁场在神经系统和新药研发上也大有作为。依托高场磁共振成像系统,科研人员成功揭示了日光照射改善人类情绪、学习和记忆的分子及神经环路机制。此外,强磁场核磁共振技术还助力新药创制,研究发现20%~30%的急性髓性白血病(AML)病人具有FLT3激酶突变,据此成功研发出高活性、高选择的抑制剂HYML-122,为患者带来了新的希望。
除了医疗,强磁场在尖端检测领域的应用同样令人大开眼界。“我们的强磁场显微光学成像系统,就像是一双‘透视眼’。”匡光力说,比如团队研发的磁扭矩探测技术,对于海底资源勘探、地质分析等深海探测具有重要的应用价值。
重大突破,蓄力固态电池攻关
在能源与材料方面,稳态强磁场也是不可或缺的催化剂。匡光力透露,团队目前正利用强磁场调控聚合物结构,推进固态电池的研制。
“我们通过磁场调控生长的材料,大幅提升了离子电导率。”匡光力介绍,目前该技术正在进行中试,有望成为动力电池领域的一项颠覆性技术。同时,高温超导材料在磁场下的突破,也将为未来的磁悬浮交通和核聚变提供强劲支撑。
“目前,我们的装置已经为国内外228家用户单位、4100多项课题提供了实验条件,累计发表高水平论文3200余篇,其中一区论文数量稳居世界前列。”匡光力自豪地说。
在互动环节里,一位曾参与过早期装置研发的科研人员回忆起当年从零起步的艰辛。他深知,随着近年来超导材料及高温超导技术的飞速发展,超导线圈逐渐成为下一代强磁场装置的核心突破口,于是他向匡光力抛出了业内关心的问题:“随着超导技术的发展,稳态强磁场装置未来的技术研发重点,会不会向超导倾斜?”
面对听众的提问,匡光力给出了肯定的回答:“我们有计划利用高温超导内插线圈,将现有的混合磁体提升至50万高斯,下一步朝着60T的目标进军。这在全世界范围内都是极具挑战的。”
讲座最后,匡光力坦言,虽然稳态强磁场装置在学术界如雷贯耳,但在老百姓眼中的知名度,似乎远远不及科学岛上的另一项大科学装置——“人造太阳”。
“稳态强磁场实验装置可能也需要一个形象好记的名字,让大家耳熟能详。”匡光力借讲座向社会各界发出灵感征集,希望用喜闻乐见的科普形式,让这座“大国重器”在大众视野中更加生动。(刘小容 陈嘉欣)