超強磁場

超強磁場

超強磁場是指採用超導技術產生的5 T(Tesla)以上的磁場,同時也包括採用脈衝技術、或者混合磁體技術或者超高功率電磁鐵技術產生的超高強磁場,也不排除探討宇宙中黑洞產生的108 T的極限磁場。但從時效性和經濟的角度考慮,能長時間經濟地維持5 T以上的磁場目前還只有依靠超導技術。

解釋

超強磁場超強磁場

超導技術是人類二十世紀的一項偉大成就,它帶給人類無限的美好遐想,如風馳電掣的超導列車、高效的超導電機、無損耗的超導輸電等等,將成為改善人類生活和生存環境的有力工具。而目前超導技術最成功和廣泛的套用在於獲得大空間的超強磁場(5 T以上),國際上10 T磁場的超導磁體已經開始商業化。

作用

超導或者採用其他技術產生的強磁場是自然界沒有的一種高能物理場,在這種高能場中,將發生許多奇特的現象。例如,水的變形,非導磁的木材、水滴、塑膠、蟲子、草莓等物質在超強磁場(5 T以上)中將懸浮起來;金屬凝固過程中,晶粒將發生轉動,進而融合,形成類似單晶的組織;此外,強磁場對凝固過程的成核過程也產生顯著的影響,起到細化晶粒的作用。鑒於強磁場這些奇妙的效應,國外已開發國家如日本、法國等對強磁場下材料製備給予了極大的關注,日本有關這一領域的五年研究計畫已於2001年啟動。國內國家自然科學基金委今年的重點項目指南中,將這一領域列入指南。超強磁場的作用可以直接達到原子尺度,因此,它對眾多領域的影響是極為深遠的。在納米材料製備領域中,納米材料形狀和性能的控制是非常關鍵的問題。而利用超強磁場極強的磁力作用,有可能控制液相法製備納米材料的成核過程,它可以控制納米顆粒朝某一優先方向生長,從而獲得高度各向異性的納米材料。此外,在這種各向異性納米材料成型時,超強磁場的作用可以使納米粉體在燒結過程中仍能保持很高的各向異性,而這是採用其它方法難以達到的。此外,超強磁場極強的能量還可以引起納米材料晶格的崎變,從而為製備高性能的納米材料提供了一個非常好的條件。磁化學的研究一直是化學化工工作者致力研究的領域,然而自二十世紀六十年代以前的近四十年中,人們只能獲得0.1—1 T左右的磁場,在這種強度的磁場下,磁場對化學反應的影響幾乎可以忽略,由於磁場對物質體系能量的影響隨著磁場強度的平方呈正比增加,因此,在10 T-20 T甚至100 T的超強磁場下,磁場對化學反應體系的影響已經到了非常顯著的地步,甚至可以影響到化學反應的反應熱、PH值、化學反應進行的方向、反應速率、活化能、熵等諸多方面。目前,超導強磁體的口徑達到直徑100 mm,這已經相當於化學化工工業常見管道的直徑,因此,開展這一領域的研究的套用前景是非常明顯的。在光、磁、電等物理領域,研究過程離不開特殊材料,如磁光材料、光學晶體、光纖、多功能膜、磁性材料、導電材料等。而超強磁場可對這些材料的製備過程產生重要的影響。有關這一領域的研究遠未深入。另外,超強磁場對高分子材料、電子材料的影響也是非常重要的領域。生物工程領域中,生物組織、基因的突變是一個重要的研究方向。已有研究表明,超強磁場對生物體的組織、生化反應、生長過程、基因、細菌的新陳代謝等均能產生顯著的影響,開展超強磁場下生物工程的研究,對提升生物領域的研究水平和影響力,具有重要的意義。

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