最近很多人再問新知丨神馬是混合磁體，今天小編給大家整理了新知丨神馬是混合磁體的相關內容，請往下看。

因為寫了一篇“大美強磁場”，很多人問我，什么是混合磁體？他有什么用處？我覺得還是有必要再寫一個姊妹篇予以解釋，我希望盡可能的用科普化的語言來講，希望大家都能看的明白。

磁場的本質、原理、以及他的存在方式，我就不做解釋了，高中課本就有，百度君也能很容易解惑，我這篇博文重點將放在磁場的應用上。

一、 神馬是強磁場？

（1）地磁

所謂的強弱，只是一個相對的概念。得不到的永遠是最好的，同樣，人類做不到的，我們就認為他很強。所以強磁場的概念是逐步變化的，人類在最初發現地球有磁場，這可是一個不得了的發現，從此有了指南針，后來還發現有些動物也會根據地磁來認路。從此我們也無比的感激、敬佩，甚至恐懼地磁。甚至把很多飛機失事的不明原因，全都歸結于地磁。科幻小說中把地磁無限放大，地磁好像已無所不能。其實，地磁只有0.5-0.6高斯，即使個別地方因為永磁體等原因磁場偏高，但想要影響飛機飛行，除非飛機是低空飛行，要知道，磁場會隨著距離的增大迅速衰減。算了，扯遠了。這個時候你要能找到一塊永磁體，大家都會認為是強磁體，能產生強磁場。

（2）永磁鐵

等到人們發現了永磁鐵，或者叫天然磁石，我國在古代很早就已有關于磁石的記錄。先秦時代的《管子》已經記載了：“山上有磁石者，其下有金銅?！笨梢?，磁石的發現已有千年。再到近代，隨著工業的不斷發展，人們可以利用稀土材料合成制造永磁鐵，各種形狀，各種結構的都可以。永磁鐵用途很多，我們的耳機，收音機，音響等很多設備和原件中都能用到，甚至我國還曾經利用永磁體制作0.5 T 的磁共振成像儀，我沒有見過實物，但個頭應該不小。目前最具代表性的人造永磁鐵材料應該是釹鐵硼，最多可以實現一萬多高斯的磁場。也就是說，強磁場的定義被推到了一萬多高斯。

（3）通電螺線管

一萬高斯之上，就是一個新的天地，永磁鐵已經望塵莫及了，這個時候現代化的電力就需要隆重登場了。高中知識告訴我們，通電螺線管可以產生磁場，沒錯，導線繞成線圈，通上電流即可產生磁場。通電螺線管用途同樣很多，馬達，變壓器等設備都有用到。理論上來說，通入無限大的電流，即可產生無限大的磁場，但大家也知道，我們的所有導體都是有阻的，通入電流以后就會發熱，普通的家用電器，最多也就通入10 A 的電流，長時間工作后電線發熱也就會非常明顯，如果通入1000 A ，10000 A 呢？同樣，通電螺線管也受不了這個發熱問題，材料的機械性能，絕緣性能都會出現問題，同時，還有電磁力問題，電流通入過大，磁體散架只是分分鐘的事情。即使采用水冷改良后的導線繞制螺線管，最多也只能產生2萬多高斯的磁場，與永磁鐵比起來，提高也不大啊，但體積上小了很多。強磁場，難道只能止步于2萬高斯？

（4）BITTER型水冷磁體

馬上要隆重介紹的叫 BITTER 型水冷磁體，這種磁體可以算做改良后的水冷磁體通電螺線管，但因為其結構和傳統的螺線管完全不同，因此需要單獨介紹。簡單來說，制作 BITTER 型水冷磁體，先需要將銅片扎很多孔，再將成百上千的銅片疊加起來，組成一個完整的磁體，這種磁體的優勢在于，采用高壓去離子水從冷卻孔中快速流動，很快能將磁體通電時產生的熱量帶走，因而冷卻效果很好；同時，由于磁體是一個整體結構，因而具有很強的機械性能，正因為此，采用這種原理的水冷磁體，很快實現了10萬高斯的磁場，這可是一個不小的飛躍。這種原理是由美國一個叫 Francis Bitter 的科學家發明的，因此之后被命名為 BITTER 型水冷磁體。之后的美國強場，荷蘭強場均采用該種結構，我們合肥科學島的強磁場中心也采用了這種原理，并在此基礎上進一步優化，最高實現了38.5萬高斯的磁場，這也是水冷磁體目前能夠實現的最高磁場的世界記錄。這種磁體設計非常巧妙，然而同樣對加工和安裝精度要求非常高，無論是理論分析還是加工安裝都要求精益求精，難度之大，可想而知。這種磁體為科學研究提供了很好的實驗條件，但實際工業生產中應用不多。當然，這里必須說明一下，法國強磁場還發明了另外一種結構的磁體，叫多螺旋水冷磁體，性能上不比 BITTER 磁體遜色太多。因此呢，目前想要獲得強磁場的稱謂，你就必須產生10萬高斯以上的磁場。

（5）超導磁體

超導現象的發現已有百年，從被發現之初，人們就寄希望能夠采用超導材料制作超導磁體。然而超導材料并非那么好用，概念上來說，超導材料沒有電阻，沒錯，但前提是必須工作在臨界溫度以下?，F如今雖然已經發現了諸多的超導材料，低溫超導，鉍系的高溫超導，釔系的高溫超導，硼化鎂，鐵基，甚至那個臭不可聞的硫化氫，他們都具有超導電性，但真正大規模應用的材料還僅限于鈮鈦和鈮三錫這兩種低溫超導材料，一般的工作溫度都采用液氦溫度4.2 K ，或者說，零下269度。超導材料本身由于結構復雜，加工難度高，因此價格很貴。且不論材料本身的成本，光這個制冷成本，一般的工業生產真還負擔不起。但即便如此，超導磁體還是應用在很多地方，生活中最常見的莫過于醫院的磁共振設備，他可以準確的檢查腫瘤。除此之外，超導磁體絕大部分都應用在科研領域，人造太陽，加速器，強磁場等等。但超導磁體產生的磁場并非沒有極限，他會受到材料本身的臨界磁場限制，鈮鈦只能用于10萬高斯以下磁場，采用鈮三錫也只能產生最高23.5萬高斯的磁場，再要往上做，只能借助于高溫超導材料，但高溫超導材料目前還不完全成熟，無論是材料性能還是磁體技術，還有很大的發展空間，未來，產生30萬，甚至40萬高斯以上的磁場還是有希望的。

二、強磁場有神馬用？

強磁場的概念已經介紹了很多，但強磁場到底有什么用呢？其實很專業，但也很簡單。強磁場是一種重要的極端條件，為科學研究提供了特殊的環境，處在其中的物質結構及其轉變過程都可能發生變化，這為物理、化學、材料和生物等學科的研究提供了新的途徑，開辟了新的空間。在過去二十年中，包括量子霍爾效應、分數量子霍爾效應、磁共振成像、第二類超導體及超流理論等與強磁場有關的諾貝爾獎已有8項。有了諾貝爾這個大帽子，相信不會再有人懷疑其積極作用。強磁場，他和極低溫，超高壓都可以并稱為基礎研究的利器。強磁場，你，值得擁有。

正因為磁場強度越高，對于物質系統的電子能態改變就越大，從而導致更多的奇特現象出現，給科學創新提供更多的機遇。因此，作為獲得高磁場有效方法的強磁場實驗裝置已成為當今開展凝聚態物理、磁學、材料科學、化學、生命科學、醫學等領域前沿基礎研究不可替代的重要手段。美、法、日、荷等國家相繼都建成了自己的強磁場實驗室。我們國家雖然起步晚，但目前做的還不錯，不僅占有了一席之地，據悉，美國人已經開始把我們作為競爭對手了。作為老美的競爭對手，我突然有種成就感。還有，據說韓國人看到我們強磁場發展的紅紅火火，這兩年也有些心熱，開始明里暗里的聯系我們，端午節容易搶，強磁場技術卻并非那么容易。

三、神馬是混合磁體？

強磁場剛介紹清楚，又冒出來一個混合磁體，咋就這么多新名詞呢？科學嘛，不創新怎么搞科學。前面說了， BITTER 型水冷磁體很棒，可以產生38.5萬高斯的磁場，超導磁體也不錯，能夠產生20多萬高斯的磁場。然而，追求無極限，還能產生更高的磁場嗎？這個，可以有。 BITTER 型水冷磁體雖然很棒，但他的確是一個電老虎，想讓一個磁體轉起來，就得輸入一個小型火力發電站的能量，如果還想要更高的磁場，能量還得加倍。同時，現有的材料性能也已達不到要求，無論是導電性能還是機械性能都倍感壓力。而對于超導磁體，磁場實現的雖然倍加輕松，不需要輸入太多的能量，但臨界磁場是死的，你無法超越。這個時候，我們想到了1 1>2，將水冷磁體和超導磁體結合起來，取長補短，聯合產生磁場，這樣的效率最高，效果最好，這個就是混合磁體的概念。美國的45萬高斯用的是這個原理，我們的40萬高斯同樣用的是這個原理。

在這兒再啰嗦一點，稍微介紹一下混合磁體中使用的超導磁體，這個磁體和普通的超導磁體結構不同，因為水冷磁體要安裝在他的內部，因而需要提供很大的口徑，這樣超導線需要承受的電磁力也呈10倍的上升，因而不能采用傳統的密繞磁體，必須采用一種新的結構，叫管內電纜導體（CICC），簡單來說，將數百根超導線先絞纜成超導電纜，再穿入不銹鋼管中，然后擠壓成型，再采用這種管內電纜導體繞制磁體。好處在于，不銹鋼管可以承載應力，需要的冷質少等。其實這種導體結構并不陌生，人造太陽裝置中超導磁體也采用了這種結構，原理相同，但結構各異?；旌洗朋w的難點更多的在于超導，超導磁體不但需要給水冷磁體提供一個很高的背景磁場，同時還需要提供很大的室溫空間，提供的背景場越高，將來混合磁體組合而成的磁場也越高，提供的室溫空間越大，水冷磁體發揮的空間就越大。同時，由于超導磁體和水冷磁體之間有很強的電磁耦合，水冷磁體的運行故障會直接波及超導磁體的穩定運行，因而在失超探測和保護方面壓力劇增?？v觀國外的四大強磁場，超導磁體研制失敗的風險巨大。也正因為此，對超導材料的選擇，磁體結構的設計，加工精度的要求，過程質量的控制等等要求都很高很高。強場有風險，入手需謹慎啊。

四、說明

（１）這里所說的強磁場特指穩態強磁場，能夠長時間運行的磁場。脈沖強磁場通常只能存在毫秒量級，但磁場強度更高。我們的兄弟單位華中科技大學在脈沖強磁場方面做的很棒，已經能夠實現90萬高斯的磁場。

（２）本文是一篇博文，最多算是科普，因而在很多寫法上可能不是那么的嚴謹，如有不妥之處，請各位隨時指出。

（３）部分圖片來自網絡，無任何商業目的，在此表示感謝。