中国全超导磁体磁场强度突破35.6特斯拉——
为未来安上“超级磁芯”
■涂一可 宋可旸 蔡雨杉
我国科研团队依托国家重大科技基础设施——综合极端条件实验装置，成功研制出中心磁场强度达35.6特斯拉的全超导用户磁体，该磁体磁场强度相当于地磁场的70多万倍，刷新了全超导用户磁体的现有纪录。新华社发
今年1月，北京怀柔科学城，综合极端条件实验装置的控制大厅里，屏幕上的数字正在缓慢跳动。30、31、32……当数字最终定格在35.6时，现场爆发出期待已久的欢呼声。
这个看似普通的数字，意味着一项全新的世界纪录诞生——中国全超导磁体磁场强度突破35.6特斯拉，一举打破美国国家强磁场实验室保持多年的32特斯拉纪录，将全球全超导磁体的磁场上限推向新的高峰。
这块“超级磁铁”究竟有多强？它从实验室走向实际应用，又将会带来哪些改变？请看本期解读。
从“电阻消失”到“磁场问世”
1911年，荷兰科学家卡末林·昂内斯将汞的温度冷却到接近绝对零度时，惊奇地发现汞的电阻突然消失。这是人类首次发现超导现象，昂内斯也因此获得1913年诺贝尔物理学奖。
此后的一个多世纪，科学家们不断寻找更多超导材料，并试图利用超导特性制造更强的磁场。常规导体通电时会产生热量，电流越大发热越剧烈，最终会烧毁线圈，因此其产生的磁场强度始终存在上限；而超导体电阻为零，可以流经巨大电流而不产生热损耗，从而为突破这一上限提供了可能。从常规导体磁体到超导磁体，再到混合磁体，技术路线逐步演进。最终，完全由超导材料构成、不含任何常规导体的终极方案——全超导磁体，成为各国竞相攀登的高峰。
相较之前的技术路线，全超导磁体的优势很明显：没有电阻热效应，没有能量损耗；没有电磁干扰，磁场纯净而稳定。然而，优势越突出，挑战往往越苛刻——它对材料性能、磁体设计等方面的要求极高，高温超导材料天生存在的“各向异性”和“屏蔽电流效应”，更是横亘在各国攀登路上的两道险关。此前，美国、日本科研团队冲击更高磁场时，均因超导状态突然消失或热管理失控等问题折戟。
中国科研团队的攻坚之路，正是在这样的背景下开始。摆在他们面前的，是三座必须翻越的“大山”。
第一道是材料关。高温超导材料天生具有“各向异性”特质：不同方向上导电性能差异巨大，在高磁场下会产生屏蔽电流，磁场稳定性较差。
第二道是设计关。要造出突破35特斯拉以上的稳态磁场，需要将数以万计的匝线圈精密组合。这些线圈在通电状态下承受着巨大的电磁力，稍有不慎就会导致结构变形甚至损坏。如何在有限的空间内，让这么多线圈协同工作、互不干扰，是一道极具挑战性的工程难题。
第三道是测量关。在极低温和极高磁场的极端环境下，常规的测量手段全部失效。如何准确监测磁体内部的健康状况？如何在超导状态突然消失的瞬间及时保护设备？这些问题的答案，在国内外文献中都找不到现成范本。
面对这三道难关，中国科研团队选择了回到问题本身，从基本原理出发寻找答案。材料存在“各向异性”，他们就从微观机理入手，通过工艺调控改善其性能；磁场稳定性受电流干扰，他们就从电磁设计源头寻求抑制方案；万匝级线圈的电磁力分布难以平衡，他们就在理论层面构建精细设计模型；极低温下无法测量，他们就研发能够在极端环境中工作的健康监测系统。
每一个难题的破解，都并非灵光一现的偶然，而是科研人员在无数次试错中，对基本原理的反复思索与验证。一个个关键时间节点，记录着中国科研团队的足迹：2023年，磁体磁场突破30特斯拉并对外开放，成为全球科研团队的实验平台；2025年，综合极端条件实验装置通过国家验收；2026年，磁体中心磁场跃升至35.6特斯拉。数字在变，但那条从基本原理出发、向问题求解的路径始终未变。
十年磨一剑的“中国方案”
沿着这条路径，这支已持续攻关十余年的中国科研团队，最终交出了一份独特的“中国方案”。方案的含金量，可以从三个维度来理解。
——更强的磁场极限。35.6特斯拉这个数字看起来或许有些抽象，我们不妨换个角度来感受它的强度：地球磁场约0.00005特斯拉，这台磁体是它的70多万倍；冰箱贴的磁场约0.01特斯拉，需要叠放3560个才能达到它的强度；医院里最高清的3特斯拉核磁共振设备，在这台磁体面前也要逊色不少。更值得关注的是实现这一数字的“加速度”——从2023年的30特斯拉到2026年的35.6特斯拉，中国科学家用不到3年时间，完成了从追赶到领跑的关键一跃。
——更稳的结构设计。35.6特斯拉磁场的背后，是系统性的工程突破。从微观工艺调控到分区抑制策略，从全电磁精细设计到极端环境健康监测，中国科学家将高温超导材料“各向异性”和“屏蔽电流效应”这两道世界级难题，逐个拆解、逐一攻克。实验数据最能说明问题——在连续运行测试中，磁体系统始终保持极高稳定性。这意味着，这台磁体不仅实现了“造得出”的突破，更具备了长期稳定运行的可靠品质。
——更优的用户体验。这台创纪录的磁体并非仅供展示，在达到35.6特斯拉超高磁场的同时，它依然保持着35毫米的可用孔径。这个尺寸，恰好是国际主流科研用户开展前沿实验的标准接口。作为对外开放的实验平台，综合极端条件实验装置已向国内外科学家敞开大门，正在物质科学、生命科学等领域催生更多原创突破。更重要的是，中国全超导磁体在关键材料、核心工艺、制备流程等领域实现了百分之百国产化，为日后的进一步突破奠定了扎实基础。
多重维度的突破，让这台“超级磁芯”不仅“造得出”，还能“测得准”“用得好”。凭借硬核的技术实力，它已经站在了实验室与广阔世界的交界处。
未来世界的“技术基石”
35.6特斯拉的强磁场，能为人类社会带来什么？从基础研究到现实应用，它正在多个维度释放能量。
在科研领域，它是探索微观世界的“超级显微镜”。强磁场能帮助科学家看清物质的电子结构和量子行为。借助这台磁体，研究人员可以在高温超导机理研究、拓扑绝缘体探索、量子计算材料研发、蛋白质结构解析等前沿领域有更多突破。
在医疗领域，它是诊断疾病的“火眼金睛”。强磁场是核磁共振成像设备的“心脏”，更强的磁场能激发人体内氢原子核产生更清晰、更稳定的信号，从而勾勒出传统设备无法辨识的细微组织结构。当前，国内厂商正推进7特斯拉及以上临床级核磁共振仪器转化，部分三甲医院已开展试点应用，能捕捉传统设备难以发现的微小病变，在癌症、阿尔茨海默病等疾病的早期筛查中发挥关键作用。
在能源领域，它是“人造太阳”的“超级磁笼”。核聚变的等离子体温度高达上亿摄氏度，无法用普通容器盛装。强磁场能牢牢约束这些高温等离子体，为国际热核聚变实验堆、东方超环等聚变装置提供关键磁体技术支撑。
在交通与工业领域，它是未来产业的“技术种子”。超导磁悬浮可支撑时速600公里级高速列车的研发；超导储能系统能提升电网稳定性；超导感应加热、电磁推进等技术，正等待产业化转化的时机。全球范围内，日本山梨磁悬浮试验线已采用低温超导磁体，创下时速603公里/小时的载人运行纪录；国内中科院电工所也在铝型材挤压领域开展超导感应加热工业示范，节能效果达30%以上。
然而，从实验室到产业化，仍需跨越几道门槛。尽管35.6特斯拉强磁场已经刷新世界纪录，但在科学家眼中，这只是攀登更高山峰的营地。目前，主要挑战集中在三个方面。
一是成像空间尺寸与场强的“博弈”。当前的35毫米孔径可满足科研需求，但用于医疗或工业需更大口径。而磁场达到40特斯拉以上时，电磁应力将呈指数级增长，对结构强度构成极限考验。
二是低温运维的“成本”。极低温环境依赖液氦冷却，成本高昂且资源稀缺。开发更高效的热管理方案、降低运行能耗，是磁体走向产业化的关键。
三是环境适应性的“考验”。实验室环境恒定，而医院、工厂存在振动、温度波动等干扰，面临“失超”风险，对智能健康监测系统的要求更为严苛。
面对这些挑战，科研团队已规划明确的攻关路径：短期提升综合服役性能，中期冲击更高强度的磁场，长期推动技术向医疗、能源、交通等领域产业化转化。围绕材料迭代、结构创新、工程优化三个方向，后续攻关仍在继续。
35.6特斯拉，不仅是一个数字。它标志着中国在强磁场领域实现了从追赶到领跑的跨越，也是一支科研团队十余年攻关的答卷。从怀柔科学城出发，这块创造了新纪录的中国全超导磁体，正在为全球强磁场应用提供新的工具。未来，当你在体检时接受更精准的核磁共振检查，当高速磁悬浮列车从你身边呼啸而过，当“人造太阳”点亮清洁能源的曙光时，要记得这一切背后，曾有一块35.6特斯拉的“超级磁芯”，在看不见的地方贡献力量。
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