强磁场是一种重要的极端实验条件，可改变物质状态而呈现新的物理化学特性，可推动新材料的研制，更可以催生能源、医疗和大科学装置领域的重大应用技术。以稀土钡铜氧（REBa2Cu3O7-x）高温超导磁体为核心组成的全超导磁体具备运行功耗低和磁场强度高的突出优势，具有重要应用价值。近日，中国科学院等离子体物理研究所与清华大学机械系瞿体明副教授课题组合作，使用全国产材料成功研制了一款中心磁场达32.4 T，电磁孔径17 mm的验证性全超导磁体（现有极高场用户级超导磁体包括中国科学院电工所32.35 T / 43 mm超导磁体、美国高场实验室32 T / 40 mm超导磁体等）。该款磁体（图1）实现了极高场超导磁体材料、设计、制造的全国产化和全自主可控，对于我国极高磁场技术，以及紧凑型托卡马克聚变装置技术的发展具有重要的战略意义。
图1 32.4 T极高场全超导磁体，左为结构设计图，右为磁体实物图
该磁体的核心难点在于控制由超导屏蔽电流效应带来了局部电磁应力集中（图2）。清华大学团队开发了考虑屏蔽电流效应的分区耦合大规模高温超导磁体力电计算模型，提出了无绝缘及金属绝缘线圈联合的结构方案，采用高弹性模量金属带材并绕和外缠绕工艺有效解决了低温高场下高温超导磁体应力控制难题，确定了全超导磁体的励磁测试方案。确保高温超导磁体独立贡献20 T稳定中心磁场近18小时，并最终达到了32.4 T的实测磁场（图3）。
图2 高温超导磁体的屏蔽电流效应及其对电磁应变的局部集中作用
图3 32.4 T极高场全超导磁体的整体测试过程及磁场测量结果
研究成果以“Strain analysis and preliminary test of an all-superconducting high-field magnet generating 32.4 T direct-current magnetic field”为题被应用超导领域Top期刊Superconductor Science and Technology接受。中国科学院等离子所张新涛博士和清华大学机械系2019级博士生邵良俊为论文共同第一作者，瞿体明副教授与中国科学院等离子所刘华军研究员、刘方研究员为论文共同通讯作者。该工作得到了国家“十三五”重大科技基础设施——聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）建设项目、中国科学院战略性先导科技专项（B类）和国家自然科学基金等项目经费支持。
论文链接：https://doi.org/10.1088/1361-6668/ad85fe
撰稿：邵良俊
编辑：张琪琪
审核：熊卓、瞿体明
