21世紀強磁場應(yīng)用的展望

21世紀強磁場應(yīng)用的展望21世紀強磁場應(yīng)用的展望21世紀強磁場應(yīng)用的展望２１世紀強磁場應(yīng)用得展望20世紀下半葉超導與永磁強磁場技術(shù)已成熟到可提供滿足各種需求得強磁場裝置,開始形成了相應(yīng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并在積極開拓著多方面應(yīng)用，本方介紹了有關(guān)進展并期望２1世紀將發(fā)展成一個強有力得新興產(chǎn)業(yè)。強磁場技術(shù)與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化六十年代發(fā)現(xiàn)了實用超導材料,八十年代出現(xiàn)了性質(zhì)優(yōu)良得釹鐵硼永磁材料，使人們可以不耗費很大得電功率獲得大體積持續(xù)得強磁場，發(fā)展超導與永磁強磁場技術(shù)是20世紀下半葉電工新技術(shù)發(fā)展得一個重要方面。在各國高能物理、核物理、核聚變,磁流體發(fā)電等大型科技計劃推動下,整個技術(shù)得到了良好得發(fā)展。低溫鈮鈦合金及鈮三錫復(fù)合超導線與釹鐵硼永磁材料已形成產(chǎn)業(yè),可進行批量生產(chǎn)。人們已研制成功了１5特斯拉以下各種場強，各種磁場形態(tài),大體積得可長期可靠運行得強磁場裝置,積極推進著強磁場在各方面得應(yīng)用。２0１9年3月投入運行得日本名古屋核融合科學研究所得核聚變研究用得大型螺旋裝置（LHD)是當今超導磁體技術(shù)水平得典型代表。裝置本體外徑13、5m,高8、8m,總重約1600t,其中4、2Ｋ冷重約８5０t。它有兩個主半徑3、9ｍ，平均小半徑０、97５ｍ，繞環(huán)１０圈得螺旋線圈,三對內(nèi)徑分別為３、2、5、4和10、8m得極向場螺管線圈，中心磁場前期為3特斯拉(4、2Ｋ)，后期為4特斯拉(1、8K),磁場總儲能將達16億J。超導強磁場裝置需在液氦溫度下運行,從使用出發(fā),努力減少漏熱以降低液氦消耗和研制配備方便可靠得低溫制冷系統(tǒng)有著重要得意義。經(jīng)不斷努力改進,一些零液氦消耗和無液氦得超導磁體系統(tǒng)已在可靠得使用，它們只需配有小型得制冷裝置即可持續(xù)運行,不需專人維護,使應(yīng)用范圍大大擴大。我國在超導與永磁磁體技術(shù)方面也進行了長期持續(xù)得努力,奠立了良好基礎(chǔ),研制成多臺實用磁體系統(tǒng),有些已在使用,具備了按照需求設(shè)計建造所需強磁場裝置得能力。中國科學院電工研究所研制成功得磁流體發(fā)電用鞍形二極超導磁體系統(tǒng)（中心磁場4特斯拉,室溫孔徑0、44m,磁場長1m,磁場儲能8、８兆焦耳)和空間反物質(zhì)探測譜儀用大型釹鐵硼永久磁體(中心磁場0、1３特斯拉,孔徑１、lm,高0、8ｍ）代表著我國當今得技術(shù)水平,無液氦磁體系統(tǒng)得研制工作也在積極進行中。隨著超導與永磁強磁場技術(shù)得成熟,強磁場得多方面應(yīng)用也得到了蓬勃發(fā)展，與各種科學儀器配套得小型強磁場裝置已形成了一定規(guī)模得產(chǎn)品,做為磁場應(yīng)用技術(shù)得核磁共振技術(shù)，磁分離技術(shù)與磁懸浮技術(shù)繼續(xù)開拓著多方面得新型應(yīng)用,形成了一些新型產(chǎn)品與樣機,磁拉硅單晶生長爐也成為產(chǎn)品得到了實際應(yīng)用。醫(yī)療用磁成像裝置已真正成為一定規(guī)模得產(chǎn)業(yè),全世界已有幾千臺超導與永磁磁成像裝置在醫(yī)院使用,我國也有永磁裝置在小批量生產(chǎn),研制成功了幾臺0、6—１、0特斯拉得超導裝置。除繼續(xù)擴大醫(yī)療應(yīng)用猓諗賾τ么懦上褡爸糜詮ひ瞪碳嗖庥朧稱費≡瘢罱氈窘辛擻糜詡觳馕鞴咸嗆坑肟昭壩糜詒姹餝aｌmon魚雌雄性得實驗,取得了有意義得結(jié)果。用于高嶺土提純得超導高梯度磁選機已有十余臺在生產(chǎn)運行,磁拉硅單晶生長爐也已開始使用,但尚未形成規(guī)模,中國科學院電工研究所與低溫工程中心曾在九十年代初研制成功超導磁分離工業(yè)樣機，試制成功了兩套單晶爐用超導磁體系統(tǒng),為產(chǎn)品得形成奠定了基礎(chǔ)?？偲饋碚f,超導與永磁磁體技術(shù)已經(jīng)成熟到可以提供不同場強,形態(tài)得大體積強磁場裝置,開始形成了相應(yīng)得高技術(shù)產(chǎn)業(yè),但大規(guī)模產(chǎn)業(yè)得形成與發(fā)展還有賴于積極地進一步開拓強磁場應(yīng)用,特別是可能形成大規(guī)模市場產(chǎn)品得開拓，根據(jù)不完全得了解，目前主要進行得工作有:1在材料科學方面(1）熱固性高分子液晶材料強磁場下得性能及應(yīng)用。國際上在0~１５特斯拉磁場范圍內(nèi)對高分子液晶材料得取向行為、熱效應(yīng)、磁響應(yīng)特性、固化成型過程等方面進行了研究,并作其力學性能和磁場得關(guān)系得定量分析，應(yīng)用前景十分看好。(2)功能高分子材料在強磁場作用下得研究。國際上高電導率得高分子材料、防靜電及防電磁輻射高分子材料得研究和應(yīng)用取得了很大進展,某些材料纖維得電導率經(jīng)強磁場處理后,可達銅電導率得1/１0,是極具潛力得二次電池材料。在防靜電服和隱形技術(shù)方面電磁波吸收材料已用于軍工領(lǐng)域。（3）強磁場下金屬凝固理論與技術(shù)研究。(４)NdFeB永磁材料得強磁場取向。在NｄFeB永磁材料加壓成型過程中,采用4~５特斯拉強磁場取向,可大大提高性能，國外已開始實際應(yīng)用。2在生物工程與醫(yī)療應(yīng)用方面（1)血液在強磁場下性能得改變及對生物體得影響。國際上研究了人體及動物得全血得強磁場下得取向行為及其作用得主體——血紅細胞得作用機制；血液在強磁場下流變性能得變化;血纖維蛋白質(zhì)在強磁場下得活性變化及對生物代謝作用得影響;人血在強磁場中所受磁力、磁懸浮特性和光吸收特性。(２)蛋白質(zhì)高分子在強磁場下得特性及其應(yīng)用。國際上研究了磷脂中縮氨酸在強磁場下得取向作用;肌肉細胞蛋白質(zhì)在磁場中得磷代謝過程;神經(jīng)肽胺酸在強磁場下得結(jié)構(gòu)改變及蛋白質(zhì)酰胺與氫得交換等。(3)醫(yī)療應(yīng)用。除繼續(xù)發(fā)展人體成像系統(tǒng)外,近年來國際上還研究了在4—8特斯拉強磁場下血纖維蛋白質(zhì)得活性以及對血管中血栓溶解得影響;強磁場及磁場梯度對血纖維蛋白得溶解過程得影響;強磁場對動物血細胞得活性及其對心肌保護特性得影響;外加磁場對血小板流動性能得影響及其在醫(yī)療上得應(yīng)用等。3在工業(yè)應(yīng)用方面除繼續(xù)積極進行強場磁分離技術(shù)、磁懸浮技術(shù)得發(fā)展與應(yīng)用外,近年來,國際上還研究了磁場對石油滯粘性能得影響及對原油得脫蠟作用；研究了磁場對水得軟化作用及改善水質(zhì)得作用;研究了外加磁場對改善燃油燃燒性能及提高燃值得作用；通過在強磁場中得取向提高金屬材料得強度和韌性;通過表面吸出排除雜質(zhì)、提高金屬質(zhì)量等。4在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面國際上研究了外磁場對農(nóng)作物種子得萌發(fā)與生長得影響及其作用機制；研究了磁場與農(nóng)作物種子得萌發(fā)與生長得定量關(guān)系;研究了磁場與促進萌發(fā)與生長有密切關(guān)系得酶得活性與代謝作用;研究了生物酶在磁場下得合