在物理學的世界裏，磁場看不見、摸不着，卻無處不在。地球本身就是一個巨大的磁體，產生約0.5高斯的地磁場——這個看似微弱的磁場，卻像一把隱形巨傘，守護着地球上的萬物免遭宇宙射線的侵襲。候鳥依靠它辨別方向，完成千裏遷徙；信鴿藉助它找到歸家之路。然而，當科學家們試圖探索物質的深層奧祕時，這樣的磁場強度遠遠不夠。他們需要更強大的磁場——強到足以讓電子改變軌道，讓原子核的祕密顯現，讓新材料在極端條件下展現出意想不到的性質。

近日，一個令國際科學界矚目的消息從合肥傳來：由中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所牽頭，聯合合肥國際應用超導中心、合肥綜合性國家科學中心能源研究院、清華大學共同研製的全超導磁體，成功產生了35.1特斯拉的穩態強磁場，創造了新的世界紀錄。這個數字意味着什麼？它相當於地球磁場強度的70萬倍，是迄今爲止全超導磁體所能達到的最高穩態磁場強度。

35.1特斯拉全超導磁體

（圖片來源：央視新聞）

超導：零電阻的奇蹟

要理解這項成就的非凡之處，我們首先需要先了解什麼是超導。1911年，荷蘭物理學家昂內斯在研究汞的電阻隨溫度變化規律的過程中發現，當溫度降至4.2開爾文（約零下269攝氏度）時，汞的電阻會突然消失。他將這一現象命名爲“超導”，而處於該狀態的材料被稱爲超導體。

超導體有兩個神奇的特性：零電阻和完全抗磁性。零電阻意味着電流可以在超導體中永久流動而不損耗能量，這讓超導磁體具有了獨特的優勢。傳統的電磁鐵需要持續供電才能維持磁場，消耗大量電能併產生驚人的熱量。而超導磁體一旦被“充電”完成，電流就會在超導線圈中持續循環，幾乎不需要額外能量就能維持強大的穩態磁場。這種穩態磁場對於科學研究至關重要——它可以持續數小時甚至數天保持穩定，讓科學家有充足的時間進行精密測量和實驗。

然而，超導並非萬能。早期發現的超導材料——被稱爲低溫超導體，只能在接近絕對零度的極低溫下工作，這給實際應用帶來了巨大挑戰。20世紀80年代，高溫超導材料的發現帶來了新的可能性。所謂“高溫”其實仍然很低，通常在零下100多攝氏度，但相比低溫超導體已經有了質的飛躍。更重要的是，高溫超導材料能夠在更高的磁場強度下保持超導態，這爲建造更強的超導磁體開闢了道路。

雙劍合璧：高低溫超導的完美組合

此次創造世界紀錄的全超導磁體，採用了“高溫超導內插磁體加低溫超導磁體”的巧妙設計。想象一下俄羅斯套娃——一個小娃娃套在大娃娃裏面。這個磁體的結構正是如此：高溫超導內插磁體位於中心，像一個強勁的內核；低溫超導磁體環繞在外圍，兩者同軸嵌套，精準配合，形成穩定的複合結構。

這種設計並非簡單的疊加，而是充分發揮了兩種超導材料的優勢。低溫超導材料技術成熟，製備工藝完善，能夠提供強大而穩定的基礎磁場。高溫超導材料雖然工藝更復雜，但在高磁場環境下表現出色，能夠在低溫超導磁體提供的背景磁場中繼續“加碼”，將總磁場推向新的高度。這種組合就像接力賽中的兩棒選手，各自在最擅長的賽段發力，最終共同衝向終點。

30分鐘的考驗：從衝擊到穩定

在2025年9月26日夜至27日凌晨的實驗中，這臺凝聚着無數心血的超導磁體開始了它的挑戰之旅。科研人員小心翼翼地將磁體勵磁，電流逐漸增大，磁場強度穩步攀升。當顯示屏上的數字最終定格在35.1特斯拉時，實驗室裏的氣氛既緊張又振奮。

但這僅僅是開始。對於一臺超導磁體而言，瞬間達到高磁場並不算真正的成功，關鍵在於能否穩定運行。就像一位馬拉松運動員，衝刺速度再快，如果無法持續奔跑也無法完成比賽。科研團隊需要驗證這臺磁體能否在35.1特斯拉的強度下穩定工作，這關係到它能否真正用於科學實驗。

接下來的30分鐘，是對整個技術方案的全面考驗。在這段時間裏，磁體內部的溫度、應力、磁場分佈都必須保持穩定。任何一個參數的波動都可能導致超導體“失超”——即失去超導態，電阻突然出現，瞬間釋放的巨大能量可能損毀整個裝置。監測系統密切關注着每一個細微的變化，科研人員的心也隨着時間的流逝而懸着。

30分鐘後，磁體順利完成穩定運行，隨後安全退磁。這次成功不僅創造了新的世界紀錄，更重要的是驗證了技術方案的可靠性，爲在35.1特斯拉條件下開展各類樣品實驗提供了強有力的平臺。從這一刻起，中國科學家擁有了在全球最強穩態超導磁場中探索未知的能力。

全超導磁體測試曲線

（圖片來源：央視新聞）

從實驗室到應用：磁場改變世界

強磁場不僅是科學研究的工具，更是推動技術進步的引擎。在醫院裏，核磁共振成像設備利用強磁場讓人體內的氫原子核“發聲”，無創地呈現人體內部的精細結構。目前臨牀使用的核磁共振設備磁場強度通常在1.5到3特斯拉，而更強的磁場能夠提供更高的分辨率和更快的成像速度。35特斯拉級別的超導磁體技術的突破，爲下一代超高場核磁共振設備的研發奠定了基礎。

在航天領域，超導磁體爲電磁推進系統提供了可能。傳統的化學火箭需要攜帶大量燃料，而電磁推進系統利用強磁場加速等離子體產生推力，具有更高的效率和更長的工作壽命。雖然35特斯拉的磁場對於地面研究設施而言已是極限，但這一技術的突破爲更緊湊、更高效的航天推進系統開闢了道路。

超導技術在能源傳輸和存儲領域也大有可爲。超導電纜能夠無損耗地傳輸電能，超導儲能系統可以高效地調節電網負荷。超導磁懸浮列車依靠超導磁體產生的強磁場懸浮於軌道之上，消除了輪軌摩擦，理論上可以達到更高的速度。超導感應加熱技術則在材料加工、金屬冶煉等工業領域展現出節能環保的優勢。

更重要的是，強磁場爲探索新材料、新現象提供了不可替代的實驗條件。在強磁場環境中，許多材料會表現出常態下觀察不到的奇異性質。量子霍爾效應、拓撲絕緣體、高溫超導機理等前沿課題的研究都離不開強磁場的支持。35.1特斯拉的穩態超導磁場，爲中國科學家在凝聚態物理、材料科學、生命科學等領域開展世界領先的研究提供了獨特的平臺。

磁場之路：永無止境的探索

從1911年超導現象的發現，到今天35.1特斯拉全超導磁體的誕生，人類對強磁場的追求從未停歇。每一次突破都伴隨着材料科學、低溫物理、電磁工程等多個領域的協同進步。當科學家們在實驗室裏小心翼翼地將溫度降至接近絕對零度，讓電流在超導線圈中無損耗地流動，產生出地球磁場70萬倍強度的磁場時，他們不僅在挑戰物理的極限，更在拓展人類認識世界的邊界。

這項由中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所主導完成的成果，不僅創造了新的世界紀錄，更彰顯了中國在前沿科技領域的創新實力與國際引領力。從材料研發到工藝創新，從理論設計到實驗驗證，完整的自主技術體系確保了中國在這一戰略性領域的持續競爭力。

在科學的道路上，每一個紀錄都是新起點而非終點。35.1特斯拉之後，科學家們已經在思考如何突破40特斯拉、50特斯拉的關口。新的超導材料在實驗室裏誕生，新的磁體結構在圖紙上勾勒，新的製備工藝在車間裏嘗試。在這條永無止境的道路上，中國科學家正在書寫屬於自己的精彩篇章。

出品：科普中國

作者：李瑞（半導體工程師）

監製：中國科普博覽