从铁基超导材料具有的优点看 ， 它在中低温高磁场领域具有较大的应用潜力 ， 可充分发挥其临界磁场高、各向异性小、制备成本低等优势 。 比如 ， 基于铁基超导材料制备的高场超导磁体 ， 有望大幅度提升磁体性能 ， 降低目前高场磁体高昂的造价 ， 在医疗核磁共振谱仪、先进能源、基础科学研究装置 ， 以及电力及交通等领域具有重要的应用前景 。
然而 ， “超导材料要实现强电高磁场应用 ， 必须解决限制线材性能的微观机理问题 ， 突破其关键制备技术 ， 从而获得高磁场下高临界电流、高机械强度以及较好的电磁稳定性等特性 。 ”电工所研究员马衍伟说 。
2016年 ， 电工所率先制备了百米量级的铁基超导线材 ， 为铁基超导材料的实用化开启了大门 。 2018年 ， 高能所和电工所合作 ， 基于超导带材短样研制出铁基超导内插螺线管线圈 ， 成功在24特斯拉的强磁场下获得较高临界电流 ， 用实验验证了铁基超导材料高场应用的可行性 ， 2020年中国科学院强磁场中心在高达30特斯拉的强磁场背景下的测试进一步验证了此结果 。
与此同时 ， 高能所和电工所合作团队也开始了基于百米级铁基超导带材大尺寸超导线圈的研制及高场性能测试 ， 目前最高10特斯拉二极背景场下的测试结果表明：铁基超导线圈载流性能相对零磁场下损失小于20% ， 在高场下应用具有其独特的优越性 。
可应用于下一代粒子加速器
“目前我们已经在高性能铁基超导线材方面获得较大进展 ， 但相对来说 ， 实用化铁基超导线材研究时间还很短 ， 线材性能上还存在较大提升空间 ， 制备工艺上也需要时间来进一步摸索优化的结构及参数 。 ”徐庆金说 。 “本次成功验证大尺寸铁基超导线圈在高场领域应用的可行性 ， 及其载流性能对背景场强相对不敏感的高场应用优越性 ， 确实是一个很鼓舞人心的结果 ， 证明研究团队从几年前开始推动的这项研究大方向没有错 ， 也是科研团队通力合作的结果 。 ”
同时 ， 这项研究得到了国际同行的高度评价 。 审稿人如此评价此项工作的重要意义：“这一新成果将对超导材料及磁体技术领域产生重要影响”“证明了铁基超导材料用于发展下一代粒子加速器的巨大潜力” 。
“未来进展顺利的话 ， 铁基超导材料有望对下一代粒子加速器的发展产生重要影响 ， 让新一代高性能、低成本的高场超导磁体从理想变为现实 ， 助力相关的基础科学、高科技产业及人民健康的高质量发展 。 但是 ， 目前的结果还只是阶段性进展 。 ”马衍伟强调 。
徐庆金表示 ， 研究团队未来将在此基础上 ， 继续大幅度提升铁基超导线带材的载流及机械性能 ， 推进高性能铁基超导高场磁体技术的进一步探索及示范验证 。 性价比大幅度提升的新一代高场超导磁体技术 ， 不仅可以推动高性能粒子加速器及可控核聚变等大科学装置的建设及相关基础科学的发展 ， 在能源、医疗、电力、交通等民生领域也将有着广泛的应用 。 （采访人员 陆成宽）
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