【科普】稳态强磁场是如何实现的？

地磁、矿物磁、生物磁都是永磁体，而给螺线管通电也可以产生磁场，这种人工能产生磁场的物体我们叫电磁体。电磁体通的电流越强，磁场就越强。而当我们将物质放在非常强的磁场环境中的时候，我们就能发现很多新的现象，甚至能发现新的物质，这就是强磁场的魅力。

强磁场根据持续时间的长短，可以分为稳态强磁场和脉冲强磁场，脉冲强磁场持续的时间非常的短，只有毫秒级，而稳态强磁场持续的时间可以任意长。

那么，如此强的磁场又是如何实现的呢？

目前人工实现强磁场的方式主要有两种，一种是用超导材料做为通电线圈的超导磁体，另一种是用非超导材料实现的水冷磁体。合肥科学岛的稳态强磁场装置，有三种类型的磁体，我把它们叫做三大金刚：超导磁体、水冷磁体和混合磁体。

所谓的超导磁体就是用超导体作为通电线圈的磁体。我们都知道，导体在通电的时候会产生热量，那是因为导体内有电阻的存在，而超导体有一个特点，那就是它的电阻在临界温度以下工作的时候为零，这时超导体就处于超导态了。电阻为零就意味着它不会发热，所以耗能很少。我们所提到的核磁共振成像仪，它的核心部件就是超导磁体。那超导体的临界温度是多少呢？通常是在零下200多度，想要把超导体降温到这么低的温度，就需要用液氦来实现，液氦可以把超导体的温度最低降到零下260多度。

水冷磁体，又称电阻性磁体，顾名思义，就是用水去冷却的磁体。因为它使用的通电线圈是普通的导体，所以它的发热量非常大，我们需要用水来给它降温冷却。当然这不是一般的水，而是不导电的去离子水。

水冷磁体的通电螺线管其实是由这种“比特片”一片片叠加而成的，每两片比特片之间都有一片绝缘片，绝缘片与比特片按一定的角度旋转叠加，最终就能形成螺旋形状的导电通路，通电就可以产生磁场。

比特片中间还有很多细长的孔，这些孔分布均匀对称，在比特片叠加起来之后，这些孔就会慢慢形成一个通道，这就是给去离子水降温用的通道。当电流逐渐增大，磁体里的热量就会非常大，这时在通道中高速流过的6度左右的去离子去就能迅速将热量带走，让磁体不会因为高温而烧坏。

而想要实现最强的稳态磁场，就得将超导磁体和水冷磁体这两大金刚合体，将二者产生的磁场相互叠加，就形成了我们的第三大金刚，混合磁体。

我国创造最新世界纪录的稳态强磁场实验装置，混合磁体磁场强度就达到了45.22特斯拉。