稳态强磁场.docx

稳态强磁场项目简介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。物质结构和状态在强磁场环境下都可能发生变化，呈现出多样的物理、化学现象和效应，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，为物理、化学、材料和生物等学科研究提供了新途径，对于发现和认识新现象、揭示新规律具有重要作用。强磁场下的核磁共振，又是生命科学、医学、脑科学研究的必要工具。例如，在农业、人类健康密切相关的生物大分子研究中，相当多的样品只能是液态的，只有在强磁场条件下才能研究。强磁场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。数十年来，世界各国学者在此领域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。自1913年以来，19项与强磁场有关的成果获得了诺贝尔奖，仅近20年就有8项，如量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、磁共振成像等。发达国家竞相将其作为重大科技基础设施建设的重点。我国要在生命科学、医学、功能材料和器件研究方面赶上世界先进水平，迫切需要尽快建立世界水平的强磁场装置。2007年1月25日，国家发改委正式批复由中科院和教育部联合申报的国家重大科技基础设施强磁场实验装置建设项目，同意将此项目列入国家高技术产业发展项目计划。强磁场实验装置建设项目建设周期为5年。目标是建成具有国际先进水平、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实验手段的大型综合科学实验装置，届时，我国将与美、法、荷、日并列成为世界五大稳态强磁场科学中心之一，对于提升我国相关前沿学科的基础研究水平、带动相关新兴高技术产业的发展具有重要意义。强磁场实验装置建设项目分为稳态强磁场和脉冲强磁场两个部分建设：稳态强磁场部分将建设2040特斯拉稳态混合磁体、高功率水冷磁体和超导磁体等9台稳态磁体，及相关配套设施。建设地点为安徽省合肥科学岛，由中科院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学共同承建。脉冲强磁场部分将建设5080特斯拉短脉冲磁体、长脉冲磁体和长短合成脉冲磁体等11台脉冲磁体及相关配套设施，建设地点为湖北省武汉市华中科技大学，由华中科技大学承建，北京大学、南京大学、复旦大学和东北大学协作建设。稳态强磁场实验装置的研制涉及四项关键技术，即：高功率强磁场水冷磁体的设计与研制；高稳定度直流大功率电源的设计与研制；大口径超导磁体的设计与研制；针对特定科学目标的用户实验系统。中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所在前三项关键技术方面已经具备坚实的技术基础和条件，联合我国其他科研单位和企业的技术力量，完全有能力研制稳态强磁场实验装置；中国科学技术大学在特定科学研究的用户实验系统设计与研制方面具备了丰富的实践经验和创新能力。等离子体物理研究所的强磁场实验室成立于1980年，陆续研制成功国内首台3MW/13TBitter水冷磁体、266毫米室温孔径8T绝热超导磁体，1992年研制成功20T混合磁体装置，并完成实验系统的建设，使我国跻身于世界上拥有20T以上磁场强度的实验装置并能够开展强磁场下科学实验研究的七个国家之一。在建设和运行国家大科学工程超导托卡马克实验装置的过程中，等离子体所积累了大量研制稳态强磁场实验装置需要的技术和经验（高功率电源、大口径超导磁体、多参量自动控制、以及多种信号测量技术等）。建设目标项目建设总目标是：建立40T级稳态混合磁体实验装置和系列不同用途的高功率水冷磁体、超导磁体实验装置,使我国的强磁场水平跻身于世界先进行列。建设满足上述稳态强磁场实验装置水冷磁体部分运行所需要的20MW高功率高稳定度电源、20MW高功率去离子水冷却系统和中央控制系统；建设强磁场实验装置上的输运、磁化、磁光、极低温和超高压的实验测试系统及核磁共振研究实验系统。为开展凝聚态物理、化学、材料科学、地学、生物学、生命科学和微重力等学科的前沿研究提供强磁场平台。稳态强磁场实验装置的用途如下：强磁场下科学研究内容 自旋单态系统拆对效应和RVB超导机理研究 高温超导体机制探索 强磁场下二维电子气中的奇异量子现象 纳米受限体系磁相变特征、能带结构和输运行为 二维电子气的强关联相互作用 高温超导和非常规超导比热、热导、隧道谱测量 强场下研究尚未解决、理论无法解释的准二维结构中的问题1）具有较高电子密度的二维结构中，电子电子相互作用在回旋共振谱中的现象；2）对一些非常高迁移率、具有较高电子密度的准二维结构中，能观察到一些新的、可能来源于电子电子相互作用的反常回旋共振谱结构；3）准二维、具有多子带结构的、特别是当在强磁场下、回旋共振频率接近或大于子带能量间隔时、相互作用电子系统的回旋共振谱的行为。 稀磁半导体和自旋电子学1）强场对不同维度的稀磁半导体量子结构中载流子和磁杂质纵向弛豫时间和退相干时间的影响；2）稀磁半导体二维电子气中霍尔效应；3）强磁场下通过稀磁半导体多垒结构、量子点的自旋隧穿和注入。 半导体平面结构在磁场下的介观输运 半导体微结构的磁光谱1）研究非磁性半导体，磁性半导体，半金属等磁性材料和微结构中电子自旋，磁量子的动力学弛豫过程；2）研究半导体低维结构的朗道能级结构、能级分裂和态密度函数。 1.06GHz核磁共振 化学1）磁场下的溶液无机合成化学和强磁场诱发新化学反应的研究；2）强磁场下用水热法化学合成新材料；3）探索合成新的有机物、高分子化合物等。 材料科学1）第二代高温超导带材制备；2）强磁场诱导准一维纳米磁性半导体阵列生长；3）强磁场下宽带隙半导体GaN、ZnO纳米量子点材料制备。 SMA研制和应用 核磁共振在结构生物学与结构基因组研究中的应用1）围绕白血病及其它癌症相关的蛋白质相互作用的三维结构基础；2）蛋白质-蛋白质，蛋白质-核酸，蛋白质-小分子化合物相互作用；3）蛋白质的折叠与去折叠与神经变性病的发病机制方面进行研究；4）药物设计与筛选；5）代谢组学的研究；6）核磁共振与活体分子成像技术。 运用核磁共振成像进行医学和认知科学研究建设内容建立40T量级稳态混合磁体实验装置和系列不同用途的高功率水冷磁体实验装置以及超导磁体装置（稳态强磁场实验装置的系统构成如图所示），主要包括：1)建立稳态混合磁体装置(最高磁场强度达到40T)2)建立不同用途的高功率水冷磁体装置3)建立不同用途的超导磁体装置4)建立强磁场装置的实验测试系统5)建成强磁场实验室的电源、水冷、低温、控制系统等四大技术装备系统。工程进展2005年10月26日，中国科学院组织了“稳态强磁场实验装置”项目建议书专家评审会。来自北京、上海、南京、武汉、兰州、合肥等地的13位院士和5位知名专家组成评审组。评审组听取了项目总体报告（包括立项意义、项目总体计划、以及已有的基础和条件）、国际强磁场研究现状的汇报，以及四年来稳态强磁场实验装置项目预研的进展和技术准备情况，特别介绍了项目的技术目标、实施方案和步骤，论证了技术的可行性。评审专家认为，根据目前我国科学技术的发展情况，建立具有世界先进水平的稳态强磁场实验装置非常有必要；建议书提出的稳态强磁场装置项目方案符合当前国际强磁场研究的发展方向，方案可行；计划建设的稳态强磁场实验装置建成后其总体实验研究条件能够达到世界先进水平，能够满足我国多学科研究的需要。评审组还充分肯定了等离子体物理所等相关单位为强磁场项目所做的大量前期预研工作和打下的良好基础。2005年12月7日，中科院创新方向性项目“准稳态强磁场装置的关键技术预研”通过验收（左图）。该项目的四个子课题为：新型水冷线圈研制、直流脉冲发电机组可行性研究、1.8K常压超流氦低温冷却技术预研、强磁场物理实验研究规划进展顺利。等离子体所还完成了“稳态强磁场实验装置”立项的调研、科学目标和建设内容的确定、各技术系统方案的制定等准备工作，形成了“稳态强磁场实验装置”立项报告（初稿）。项目由等离子体所承担，固体所为合作单位，首席科学家由高秉钧研究员担任，研究经费300万元（2001年3月至2005年12月）。2005年12月8日，稳态强磁场实验装置召开了用户会议（右图），来自全国几十所重点高校、国家重点实验室、相关研究所的40多位专家学者及一线科技人员深入研讨了强磁场下的科学研究内容和目标。更加明确强磁场实验装置作为开放的科研大平台，用户在其中占有极其重要的地位和作用。在强磁场装置设计、管理模式、运行机制等方面要充分体现用户意志，保证开放、共享，发挥最大的科学和社会效益有着重要意义。会议听取了当前国际强磁场研究的现状、最新进展及四年来项目预研和技术准备情况，以及稳态强磁场下科学研究内容和目标以及稳态强磁场实验装置立项申请的有关进展情况。清华大学、浙江大学、上海生命科学院、中科院物理所、半导体所、北京有色金属研究总院等22个用户单位的代表在会议上介绍了他们在该领域的研究工作和强磁场建成后将要开展的研究工作，并从物理学、化学、生物、材料领域等不同角度，对强磁场实验装置平台建设、装备配置、运行、服务等各方面提出了大量建设性意见和希望。与会者认为目前强磁场实验装置建设立项条件已经具备，表达了对尽快建设我国强磁场实验装置的迫切需求和共同期待。2005年12月28日，合肥强磁场科学技术研究中心正式宣布成立（右图），该中心将建成国际知名的强磁场科学技术研究基地，承载起为我国多学科前沿发展和自主创新能力建设做出独特贡献的重要使命。会上宣读了“关于共建国家重大科技基础设施项目稳态强磁场实验装置的协议书”；合肥研究院院长王英俭、中国科大常务副校长侯建国分别代表双方单位在协议书上签字。该中心作为挂靠合肥研究院的非法人研究单位，实行领导小组领导下的主任负责制。中心领导小组成员为：侯建国、王东进、王英俭、匡光力。中心领导班子组成如下：匡光力任主任（兼）；高秉钧任首席专家兼副主任；张裕恒任首席科学家兼副主任；刘小宁、李晓光、孙玉平、周江宁任副主任。中心领导班子成员任期四年。2006年8月25-28日，国家发改委组织开展了“强磁场实验装置”国家重大科技基础设施项目的现场调研与评估，中国国际工程咨询公司评估组对项目进行了评估（左图）。专家组组长甘子钊院士代表专家组表示，强磁场项目的科学意义重大，建设目标是先进的，项目具有可行性，项目建议书中的一些细节需进一步完善。2006年10月24日，中科院基础局组织的“大口径高场超导磁体的关键技术研究”可行性论证会在合肥召开。该项研究将大大提高我国的大口径高场超导磁体技术水平，同时也为建设具有世界先进水平的40T混合磁体提供超导磁体关键技术支持、打下良好的基础。2007年1月25日，国家发改委正式批复由中科院和教育部联合申报的国家重大科技基础设施强磁场实验装置建设项目，同意将此项目列入国家高技术产业发展项目计划，同意修改后的项目建议书。批复指出，项目建设目标是建成具有国际先进水平、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。在强磁场条件下开展多学科领域的科学研究，并带动相关新兴高技术产业的发展。该项目由中科院合肥物质科学研究院和华中科技大学承担，其中合肥物质科学研究院承担稳态强磁场部分的建设任务，建设地点为安徽省合肥市，华中科技大学承担脉冲强磁场部分的建设任务，建设地点为湖北武汉市，建设期均为五年。项目建成后，将依托项目建设单位组建国家强磁场科学中心，按照“开放合作，资源共享”的原则，面向多用户、多领域开放，开展科学研究和国内外交流。2007年5月16-19日，受国家发改委的委托，中国国际工程咨询公司（简称中咨公司）组织了12人的评估组对强磁场实验装置可行性研究报告进行了评估。评估组成员包括魏宝文、甘子钊、雷清泉、沈学础等4位院士和来自国内高校、中科院及相关研究单位的8位专家。评估组听取了强磁场建设方案的可行性报告，现场考察了建设条件。评估组认为，强磁场实验装置的项目可行性论证工作充分，方案合理，项目可行。2007年6月11日，国家环境保护总局召开了稳态强磁场实验装置环境影响报告表专家审评会（右图）。国家环保总局核安全与环境专家委员会、国家环保总局辐射环境监测技术中心、安徽省环境保护局、合肥市环境保护局、环境影响评价承担单位安徽省辐射环境监督站以及稳态强磁场建设单位中国科学院合肥物质科学研究院的20多位专家参加了会议。专家组认为，报告表的工程概况介绍清楚，以磁体运行产生的杂散静磁场及低温、冷却系统运行噪声作为重点评价因子合理，采用的评价标准合适，电磁环境现场监测方法、布点较合理，评价所用理论计算模型以及评价结论可信。专家组对需进一步完善和补充的内容提出了具体建议。国家环保总局将在专家论证的基础上，尽快予以批复项目。2007年10月24日，国家发改委对国家重大科技基础设施强磁场实验装置可行性研究报告做出批复（发改高技20072938号），批复内容包括：原则同意强磁场实验装置项目可行性研究报告，并将该项目列入国家高技术产业发展项目计划；项目主要建设内容、总投资和建设周期；项目投标方案和节能措施基本合理；项目建设由中科院合肥物质科学研究院和华中科技大学联合、分别承担稳态强磁场装置和脉冲强磁场装置的建设任务；要求项目相关单位严格按照国家建设项目管理的有关规定执行、确保项目顺利实施；对项目建成后装置的运行管理和发展、开放和共享、科研与交流的要求等等。2007年11月20日，中国科学院和教育部在北京召开了强磁场实验装置国家重大科技基础设施项目初步设计专家评审会（左图）。评审组由甘子钊、夏建白、陈森玉院士和来自高校、中科院及相关单位的12位专家组成。专家组分别听取了稳态和脉冲强磁场装置初步设计的汇报。专家组认为：强磁场装置项目初步设计在建设目标、规模、技术方案和投资内容符合可行性研究报告批复的要求。技术方案及工艺设备选型方面方案合理，以强磁场实验装置的前期预研和关键非标设备研制为基础，主要依靠自行研制，能够实现建设目标，基本满足我国现阶段基础科学研究以及应用基础研究对强磁场实验条件的需求。土建设计方案方面布局合理，符合国家建设规范，同时为未来发展留有余地。根据我国大科学工程建设经验，考虑到项目建设周期长，不确定因素多，投资概算总预备费偏紧。专家组认为项目的建设方案已基本达到初步设计阶段的要求，建议建设单位在进一步完善初步设计相关内容的基础上，抓紧办理前期手续，落实建设条件。同时也希望通过自主研制，不断提高我国在强磁场装置及相关装备的研发能力与水平。根据大科学工程管理程序，初步设计方案经专家评审并获得主管部门批复后，强磁场实验装置工程即进入开工前的准备阶段。2007年12月20-23日，2007强磁场下科学研究学术研讨会在合肥科学岛学术交流中心召开（右图）。到会代表158人，其中来自美国、英国、德国、瑞典、香港的海外代表8人；国内代表分别来自北京大学、清华大学、南京大学、中国科技大学、浙江大学、华中科技大学、上海大学等19所高校以及中科院物理所、中科院半导体所、上海硅酸盐所、中科院电工研究所、中科院固体所、中科院等离子体所、合肥强磁场中心、中科院安徽光机所、北京有色金属研究总院、西北有色金属研究院等10个研究机构，还有西部超导材料科技有限公司等企业的代表。会议共有大会报告19个，邀请报告20个，口头报告14个。与会代表就磁体技术、强磁场实验技术、实用超导材料的研究、强磁场下的生物及NMR研究、强磁场下的化学和材料制备、强磁场下的物性研究等方面进行了充分交流和热烈讨论。此次研讨会是合肥强磁场中心成立后举办的第一次强磁场科学研究学术研讨会。会议期间，与会代表对拟建的合肥稳态强磁场装置和武汉脉冲强磁场实验装置进行了充分的了解，海内外学者就如何更好地将我国强磁场实验装置建成国际一流的大型公用科学实验平台，提出了许多宝贵的建议。2008年3月21日，强磁场领域具有丰富经验的美国国家强磁场实验室磁体运行与实验测量部原主任勃兰特（Dr.BruceBrandt）作为强磁场中心顾问应邀来访（左图）。主要的合作交流包括：介绍美国国家强磁场实验室建设和运行经验；与各级负责人作专题讨论、提出建议。2008年3月，稳态强磁场实验装置工程实施及管理计划（V0版）完成编制；项目开工准备工作基本完成；开工申请报告已经提交。2008年5月18日，稳态强磁场实验装置开工典礼暨中国科学院强磁场科学中心揭牌仪式在合肥科学岛举行（右图）。国家发改委、中国科学院、国家科技部、教育部、国家自然科学基金委、以及安徽省、合肥市政府的相关领导和专家出席了典礼。2008年10月28日，“稳态强磁场装置”项目工程部组织召开了稳态强磁场实验装置工作接地系统设计与施工项目开标评标会。2008年10月13日，稳态强磁场实验装置接地系统设计招标信息公告在安徽招标网（）上发布，招标编号为SHMFF-001。在招标公告有效期内，来自上海、合肥和南京的三家单位进行了投标，并于开标当天进行了竞标报告。经过强磁场科学中心招标小组评审，中标设计与施工方案已经产生，标志着本项目进入项目前期实施阶段。2009年2月24日，“稳态强磁场装置中央控制系统关键技术”项目通过了安徽省科技厅专家组的验收（左图）。专家组经过认真讨论，一致认为项目组较好地完成了合同任务书规定的研究内容，各项功能指标和技术指标满足合同任务书的规定要求，项目组提供的资料完整、规范，符合验收条件，同意通过验收。专家组还认为项目取得的成果具有推广价值，建议项目组在按计划完成国家工程任务的基础上，积极推进成果转化，为安徽省地方经济建设服务。2009年4月10日上午，稳态强磁场实验装置基建工程举行了正式开工仪式，这是装置建设的又一里程碑。2010年10月28日，来自国内外相关科研机构、著名高校的100多名代表莅临现场，共贺国家“十一五”大科学工程稳态强磁场实验装置部分建成并投入试运行。经过两年半的建设，强磁场科研楼和实验厅已顺利竣工启用，两台高场磁体装置和七种实验测试系统已经建成。这标志着稳态强磁场大科学工程建设正按计划顺利推进，跨入了边建设、边运行的新阶段，同时开创了装置建设、部分开放运行与科学产出紧密结合同步推进的大科学工程管理新模式。链接： 合肥国家强磁场中心以下资料来自百度百科名片强磁场与极低温、超高压一样，被列为现代科学实验最重要的极端条件之一，为物理、化学、材料和生物等学科研究提供了新途径，对于发现和认识新现象、揭示新规律具有重要作用。强磁场下的核磁共振，又是生命科学、医学、脑科学研究的必要工具。例如，在农业、人类健康密切相关的生物大分子研究中，相当多的样品只能是液态的，只有在强磁场条件下才能研究。强磁场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简介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。物质结构和状态在强磁场环境下都可能发生变化，呈现出多样的物理、化学现象和效应。数十年来，世界各国学者在此领域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。自1913年以来，19项与强磁场有关的成果获得了诺贝尔奖，仅近20年就有8项，如量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、磁共振成像等。发达国家竞相将其作为重大科技基础设施建设的重点。我国要在生命科学、医学、功能材料和器件研究方面赶上世界先进水平，迫切需要尽快建立世界水平的强磁场装置。2007年1月25日，国家发改委正式批复由中科院和教育部联合申报的国家重大科技基础设施强磁场实验装置建设项目，同意将此项目列入国家高技术产业发展项目计划。强磁场实验装置建设项目建设周期为5年。目标是建成具有国际先进水平、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实验手段的大型综合科学实验装置，届时，我国将与美、法、荷、日并列成为世界五大稳态强磁场科学中心之一，对于提升我国相关前沿学科的基础研究水平、带动相关新兴高技术产业的发展具有重要意义。装置介绍强磁场实验装置建设项目分为稳态强磁场和脉冲强磁场两个部分建设：稳态强磁场部分将建设2040特斯拉稳态混合磁体、高功率水冷磁体和超导磁体等9台稳态磁体，及相关配套设施。建设地点为安徽省合肥科学岛，由中科院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学共同承建。脉冲强磁场部分将建设5080