PDF《2019 年度国家科学技术进步奖提名项目公示》

70 家科研单位开展科学研究

900 余项,取得了一 大批原创成果,有力推动了我国相关学科前沿基础研究的发展. 项目整体水平国际领先. 提名该项目参评国家科学技术进步奖一等奖. 专家提名意见 3: 项目名称:脉冲强磁场国家重大科技基础设施 提名者:李建刚院士,等离子体物理 工作单位:中国科学院等离子体物理研究所 脉冲强磁场装置是探索物质微观世界的重要手段.强磁场装置结构复杂,且 运行在高电压、大电流、强磁场、极低温等高参数极限工况下,其研制存在导体 材料性能极限远低于磁体内部巨大磁应力、高功率非线性电源系统精确调控,以 及强干扰环境下微弱本征信号精确测量等国际公认难题. 项目团队专注脉冲强磁场理论、技术、装置的协同攻关,研发了一系列关键 设备,实现了高水平的原始创新和集成创新,提出了装置的多系统多功能协同一 体化设计思想,在国际上首次实现了磁场波形和科学实验需求的最优配置;

提出 了多电源供电的耦合态调控技术,创造了 64T 无纹波平顶磁场和 50Hz 高重频磁 场的世界纪录.

2014 年, 装置建成验收并投入运行, 已为国内外

69 家单位开展科学研究

904 项,众多以前无法在国内开展的实验研究得以成功进行. 项目核心成果国际领先. 提名该项目参评国家科学技术进步奖一等奖.

四、项目简介 强磁场装置是探索物质微观世界、发现自然规律、实现技术变革的重大科技 基础设施,为物理、化学、材料等领域前沿基础研究提供极端条件实验平台,产 生了量子霍尔效应等10余项获诺奖的重大科学发现. 脉冲强磁场装置是产生高强 磁场的最有效手段, 其磁体、 电源、 科学测试和低温等系统均工作在极端工况下, 瞬时放电功率超过三峡电站的总装机容量,是挑战极限的大型复杂电磁系统.六 十年代以来国外建有三十多个,但一直无法突破磁场调控能力差、功能单一的瓶 颈问题.我国由于缺乏强磁场条件,相关重大基础研究长期受制于人,亟需打破 国外关键技术封锁和核心材料禁运,解决高冲击载荷下磁体稳定性设计、瞬变大 电流平顶波形调控和强干扰下多物理量精准测量等世界性难题, 高起点建设具有 高性能参数、宽应用范围和高成果产出的中国脉冲强磁场装置. 10余年来,在国家重大科技基础设施建设项目、国家自科基金等资助下,通 过多单位、多学科协同攻关,取得了系统性创新和重大突破: 1)首创场路耦合态调控理论,突破极限工况下脉冲磁体电磁和力学设计瓶 颈,从理论和技术上彻底解决了磁体外线圈固有的磁场跌落世界性难题,磁体的 极限场强提高15%,用仅有国外2/3强度的国产导线、1/10的能量实现了与世界最 高水平相当的磁场, 使我国科学实验磁场从40T提高到90T, 磁体单位能量的磁场 强度最高,寿命是美国的2倍,将全球脉冲磁体设计水平提升到全新的高度. 2)发明了双电容自适应补偿的无纹波平顶磁场电路拓扑,攻克了国外方案 场强难以提高、纹波无法避免的难题,彻底颠覆了传统的电力电子技术调控平顶 的方案,将平顶磁场的世界纪录提升到64T,打开了脉冲场下核磁共振、拉曼光 谱和比热测量等科学研究的大门,大幅提升脉冲强磁场装置的应用范围. 3)首创基于磁场时空分布特性调控的测试系统一体化设计方法,攻克了多 物理量测量的信号增强与噪声抑制难题, 建成国际上唯一能实现磁体复用的多功 能高精度测试系统,测量灵敏度为国际最好水平,实验效率是同类装置2倍. 获发明专利授权67项,软件著作权4项,开发的磁体设计软件成为全球主流 强磁场实验室的通用设计平台.在Science、Nature等期刊发表SCI论文672篇,为 哈佛、斯坦福、清华、中科院等国内外69家单位开展科学研究904项,取得了对 数量子振荡、最高临界电流密度的二维超导体等一批重大科学发现;