手掌大小的比特片

　　■左萍

　　在中科院强磁场科学中心，有一件科学的艺术品——比特片。水冷磁体的研制总绕不开它。圆形的比特片大的很大，直径有1米左右。小的又很小，有掌心那么大，镀银的表面纯白光滑，冷却孔有序排列，小巧玲珑拿在手上让人爱不释手。只要看到比特片，你就能真切体验到什么是科学的美。

　　早在中学学习阶段，我们就知道了电生磁的科学道理，通电的螺线管会产生磁场。实际上，在强磁场科学中心水冷强磁体的设计也是利用电生磁这一基本原理，只不过我们不是使用螺线管那样简单的生磁装置，而是利用强电流流过比特片来产生强磁场的。比特片的导电率和抗拉强度必须是根据目标磁场事先计算好的，比如如果比特片的抗拉强度不够，就有可能导致通电后内部巨大的电磁应力把整个磁体撕裂，那么巨大的人力、财力付之东流也就一瞬间的事。

　　要想得到比特片可要经历一个漫长的过程。首先要根据设计，选择片状铜银合金和铜材料；随之模具工厂根据设计好的模具把材料冲片；第三步技术人员把雏形比特片表面上的小刺刺去掉，然后再镀银，最终雏形比特片华丽变身，变成了美丽的比特片。这里可以看出，科研人员在一切开始之前就必须心中有数了。

　　为什么这种片子的名字叫比特片呢？随着科学的发展，科研人员发现原子内部到处都有“磁”：原子核外电子有自旋磁矩、轨道磁矩，原子核内有核磁矩，而外界磁场是可以改变这些磁矩状态的。这样就开辟了一个强磁场极端环境下的物理、化学、材料、生命科学研究的新领域。20世纪30年代美国麻省理工学院Francis Bitter着手研制强磁体，从而设计出带有圆形冷却孔的导电片，故名比特片。此种比特片延续使用了大约60年。

　　20世纪90年代中期，美国国家强磁场实验室人员计算出如果利用“拉长孔”代替“圆形孔”，并将孔的排列改为交错排列，这不仅大大提高了冷却能力，而且大大增强了线圈抵抗应力的能力，也就是可以允许更大的电流通过线圈，相应地，线圈产生的磁场也随之增强——大约可有效增强40%。这一新型比特片被命名为佛罗里达比特片（美国国家强磁场实验室在佛罗里达州）。

　　佛罗里达比特片自设计成功后迅速被全世界磁体制作者采用：1995年建造了场强为30T的水冷磁体，接着1996年建造了33T的水冷磁体，2005年35T水冷磁体建设成功。这些都相继刷新了水冷磁体的世界纪录。

　　当时参与设计佛罗里达比特片制作的重要人员之一为今天中科院强磁场科学中心的一位研究员，他于上个世纪90年代在美工作期间通过计算分析创立了水冷磁体比特片设计的新概念，从而为水冷磁体的发展开辟了一条新路。2015年由他设计研制的38.5T水冷磁体问世，人类追逐稳态水冷磁体场强的进程往前跨出新的一步。

　　美丽的比特，为人类的科学研究作出了巨大的贡献。科研不止，人类追逐更高场强的脚步亦不止。

　　（作者单位：中科院强磁场科学中心）