超强磁场

超强磁场指的是采用超导技术或其他先进技术所产生的超过5T（特斯拉）的磁场。除了超导技术，还包括脉冲技术、混合磁体技术和超高功率电磁铁技术等手段。尽管如此，从可持续性和经济效益的角度来看，目前能够稳定且经济地维持5T以上磁场的方法仍然是超导技术。

技术背景

超导技术作为二十世纪的重大发明，为人类带来了诸多美好想象，如高速超导列车、高效超导电机、无损超导输电等。超导技术在获取大空间的超强磁场（5T及以上）方面取得巨大成功，国际上已实现10T磁场的超导磁体商业化。强磁场作为一种自然环境中不存在的高能物理场，能够在其中观察到多种奇特现象，如物体悬浮、金属结晶过程中的晶粒旋转等。这些效应引起了国际社会的关注，尤其是日本和法国等国，他们已启动相关研究计划。在中国，国家自然科学基金委员会也将此领域纳入重点项目指南。

应用价值

在纳米材料制备领域，超强磁场可用于控制液相法纳米材料的成核过程，实现纳米颗粒的定向生长，获得高度各向异性的纳米材料。此外，超强磁场还能影响纳米材料的晶格畸变，为其制备高性能纳米材料提供了有利条件。在磁化学领域，超强磁场的应用前景广阔，尤其是在10T至20T甚至更高磁场条件下，磁场对化学反应的影响变得显著。超导强磁体的口径已达100mm，接近化学化工工业常见的管道直径，使得这一领域的研究更具实用性。在光、磁、电等领域，超强磁场对特殊材料的制备过程有重要影响。同时，超强磁场对高分子材料、电子材料的影响也是重要的研究领域。在生物工程领域，超强磁场对生物组织、生化反应、生长过程、基因、细菌新陈代谢等均有显著影响，开展相关研究对提升生物领域研究水平具有重要意义。

宇宙脉冲星

宇宙中最强大的磁场存在于脉冲星中，这是一种晚期恒星演化的产物。脉冲星的磁场强度高达10^8至10^9T，相比之下，地球磁场仅为10^2T。通过对宇宙磁场的观测和研究，发现星体间的磁场通常高于星际空间的磁场。例如，太阳系内的行星际磁场约为1×10^-9至5×10^-9T，而恒星际磁场则更低，约为5×10^-10至10×10^-10T。星系际空间的磁场更是低至10^-13至10^-12T。这些数据表明，宇宙中存在着比地球磁场更强和更弱的磁场。

发展与应用

自20世纪60年代发现实用超导材料以来，80年代出现的钕铁硼永磁材料使得无需大量电力就能获得大体积持续的强磁场。在高能物理、核物理、核聚变等大型科技计划的推动下，超导与永磁强磁场技术得以快速发展。目前已成功研制出15T以下的各种场强、形态的强磁场装置，并逐步推进其广泛应用。1998年3月投入运行的名古屋市核融合科学研究所的大型螺旋装置（LHD）是超导磁体技术的代表性成果。中国在超导与永磁磁体技术方面也取得了长足进步，研制出了多台实用磁体系统，并具备了设计建造所需强磁场装置的能力。中国科学院电工研究所研制的磁流体发电用鞍形二极超导磁体系统和空间反物质探测谱仪用大型钕铁硼永久磁体展示了中国的技术水平。随着技术的成熟，强磁场的应用领域不断扩大，包括核磁共振技术、磁分离技术、磁悬浮技术等，形成了新型产品与样机。医疗用磁成像装置已成为具有一定规模的产业，全球已有数千台设备投入使用。中国的永磁装置也开始小批量生产，超导装置的研发也取得了进展。

参考资料

磁场强度是什么?.爱问知识人.2024-10-30

若把人放进强磁场中会怎样?科学家用青蛙做实验，得到反重力蛙.百家号.2024-10-30

国网甘肃电力宋曦:室温超导技术将为通信带来重大变革.通信产业网.2024-10-30