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(职工创作)记在40T稳态强磁场研制成功时
文章来源: 左萍 发布时间: 2017-03-02

  20085月项目启动;20117月,试验磁体通电测试成功,国内首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体研制完成;201611月,混合磁体大口径外超导磁体研制成功,获得10特斯拉磁场,成为国际超导磁体技术发展的一个重要成功案例;紧接着,外超导磁体和内水冷磁体成功合体,产生40特斯拉磁场强度,成为国际磁场强度第二高的稳态磁体装置。20172月,专家组完成对混合磁体工艺测试验收,顺利完成国家十一五重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”混合磁体的各项建设任务。 

  八年时间里,强磁场人完成了一个又一个跨越,但只有他们自己心里清楚自己经历了怎样的煎熬,收获了多少悲与喜,以后的路在何方。 

  选择混合磁体,选择与困难结缘 

  混合磁体由内部水冷磁体和外部超导磁体组合而成。其水冷磁体必须解决材料和结构的优化选择、巨大电磁力和严峻的发热问题;其超导磁体孔径巨大,导体的材料选择、结构选择和磁体生产工艺都是技术难题,此前世界上没有如此大型的铌三锡超导磁体装置能够产生10特斯拉稳态磁场,也没有能产生10特斯拉稳态磁场的超导磁体装置能够达到如此大的口径。 

  不仅磁体本身是个挑战,与之配合的数千万瓦级的稳态直流电源系统、低温冷却系统、去离子水冷却系统等均是一个个不容置疑的难关。如低温阀箱是一个集真空环境、低温液氮容器(液氮槽工作温度77K)、低温液氦容器(过冷槽工作温度4.5K)、一对16KA高温超导电流引线和13WEKA低温阀门于一身的十分特殊的非标压力容器。其设计历时五年,绘制图纸1170余张,在约1.5立方的狭窄空间里累计使用各种规格管材累计总长2460米,阀箱总共焊缝数量5811条。 

  此前国际上已有多个大型高场超导磁体因技术问题而失败,而我国在高场超导磁体技术方面原有基础薄弱。混合磁体又是国际上追求更高稳态极端场强的首选,选择了它就注定选择与困难结缘。 

  以强磁场喜,以强磁场忧 

  为了安全,超导磁体组决定先研制一款磁场强度低、口径小但选材、加工工艺完全相同的试验磁体,试验磁体在20117月份通电测试成功,它是国内首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体。研制人员首次获得莫大的喜悦与鼓励,坚信“国产”高场混合磁体必能成功。同时据相关人员回忆,当时的通电测试过程“无数次的测试与调整,让通电过程变得异常煎熬漫长”。 

  真正的混合磁体研制开始上马,股线绞缆、穿管成型、绕制、超导接头制作、热处理、绝缘处理、装配大工艺流程套着小工艺流程,任何一个环节差之毫厘、谬以千里,研制人员憋着气有条不紊地一步步往下走,在每一个大节点小节点处,结果都扣人心弦,他们像坐过山车,在喜与忧的道路上奔跑不得停歇。 

  长期小心再小心的工作状态逐渐内化,陈文革老师的“胆子小”现在几乎是全中心尽人皆知了。 

  箭在弦,不得不发 

  2016年底混合磁体首次调试达到工程验收指标-磁场强度达到40特斯拉,就在人们一片欢心之时,却在一次上电励磁时磁体系统发生了故障,混合磁体验收在即,一层厚厚的阴霾顿时笼罩强磁场中心。那段时间人人脸上没有了笑容,紧张兮兮。有人问路上碰到匡光力院长怎么不像以前那样热情欢快了,怎么可能活泼高兴起来呢,他是整个工程的第一负责人,内外部的压力都向他袭来,事后用他自己的话说“度过了一段不是人过的日子”。“莫斯科不相信眼泪”,研制人员和时间赛跑,经七十天夜以继日地追赶终使其得以恢复,顺利进入到降温阶段。 

  120日,眼见着春节到了,匡光力召集大家召开工程会议。现场气氛给人的感觉就是一次紧急军事会议。内水冷磁体负责人高秉钧老师“组内已经开过会,春节期间三人值班”,超导电源负责人刘小宁“相关人员都在”,超导磁体组潘引年老师“过年是小孩子的事,老了过不过都一样”,中控组一群年轻人“时刻准备,服从安排”,低温组欧阳峥嵘老师“箭在弦,已经到了不得不发的状态”。会议最后的决议是:各分系统分头做好扎实准备,多考虑相关联的系统,紧急情况下的预案要想周到,根据降温进程,大年三十上午八点准时通电测试,中午在文化走廊吃年饭。就这样战斗的号角吹响了。 

  大年三十因降温没有到位,混合磁体终于在大年初四通电励磁再次成功。强磁场中心微信群里一篇欢腾,红包满天飞,怎样的开心高兴能与此时相比呢! 

  成功之后是平静 

  历经八年,解决了诸多的结构设计和加工工艺难题以及配套的子系统研制问题。该混合磁体装置的建成将有力地支撑我国物理、材料、化学、生命科学等多学科在极端条件下的基础科学前沿探索,同时,研制混合磁体装置有效地带动了包括大型高场超导磁体技术在内的强磁场技术的发展。 

  人往往是这样,等成功的激动已过,欢乐渐渐减退,就开始感受到未来还有更加艰巨的任务等着,这里仅是阶段性地圆了强磁场科技人员的梦想,接下来强磁场中心将追求更高的稳态磁场,向世界第一稳态磁场挺进。 

  一支强有力的、能攻坚克难的工程技术队伍已经成长起来,困难再所难免,目标就在不远处。 

    

    

   
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