|
21世紀(jì)強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)用的展望
21世紀(jì)強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)用的展望 摘 要 20世紀(jì)下半葉超導(dǎo)與永磁強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)已成熟到可提供滿足各種需求的強(qiáng)磁場(chǎng)裝置,開始形成了相應(yīng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè),并在積極開拓著多方面應(yīng)用,本方介紹了有關(guān)進(jìn)展并期望21世紀(jì)將發(fā)展成一個(gè)強(qiáng)有力的新興產(chǎn)業(yè)。
關(guān)鍵詞 強(qiáng)磁場(chǎng) 技術(shù)與應(yīng)用 產(chǎn)業(yè)化
六十年代發(fā)現(xiàn)了實(shí)用超導(dǎo)材料,八十年代出現(xiàn)了性質(zhì)優(yōu)良的釹鐵硼永磁材料,使人們可以不耗費(fèi)很大的電功率獲得大體積持續(xù)的強(qiáng)磁場(chǎng),發(fā)展超導(dǎo)與永磁強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)是20世紀(jì)下半葉電工新技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。在各國(guó)高能物理、核物理、核聚變,磁流體發(fā)電等大型科技計(jì)劃推動(dòng)下,整個(gè)技術(shù)得到了良好的發(fā)展。低溫鈮鈦合金及鈮三錫復(fù)合超導(dǎo)線與釹鐵硼永磁材料已形成產(chǎn)業(yè),可進(jìn)行批量生產(chǎn)。人們已研制成功了15特斯拉以下各種場(chǎng)強(qiáng),各種磁場(chǎng)形態(tài),大體積的可長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的強(qiáng)磁場(chǎng)裝置,積極推進(jìn)著強(qiáng)磁場(chǎng)在各方面的應(yīng)用。
1998年3月投入運(yùn)行的日本名古屋核融合科學(xué)研究所的核聚變研究用的大型螺旋裝置(LHD)是當(dāng)今超導(dǎo)磁體技術(shù)水平的典型代表。裝置本體外徑13.5m,高8.8m,總重約1600t,其中4.2K冷重約850t。它有兩個(gè)主半徑3.9m,平均小半徑0.975m,繞環(huán)10圈的螺旋線圈,三對(duì)內(nèi)徑分別為3.2、5.4和10.8m的極向場(chǎng)螺管線圈,中心磁場(chǎng)前期為3特斯拉(4.2K),后期為4特斯拉(1.8K),磁場(chǎng)總儲(chǔ)能將達(dá)16億J。超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)裝置需在液氦溫度下運(yùn)行,從使用出發(fā),努力減少漏熱以降低液氦消耗和研制配備方便可靠的低溫制冷系統(tǒng)有著重要的意義。經(jīng)不斷努力改進(jìn),一些零液氦消耗和無液氦的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)已在可靠的使用,它們只需配有小型的制冷裝置即可持續(xù)運(yùn)行,不需專人維護(hù),使應(yīng)用范圍大大擴(kuò)大。
我國(guó)在超導(dǎo)與永磁磁體技術(shù)方面也進(jìn)行了長(zhǎng)期持續(xù)的努力,奠立了良好基礎(chǔ),研制成多臺(tái)實(shí)用磁體系統(tǒng),有些已在使用,具備了按照需求設(shè)計(jì)建造所需強(qiáng)磁場(chǎng)裝置的能力。中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制成功的磁流體發(fā)電用鞍形二極超導(dǎo)磁體系統(tǒng)(中心磁場(chǎng)4特斯拉,室溫孔徑0.44m,磁場(chǎng)長(zhǎng)1m,磁場(chǎng)儲(chǔ)能8.8兆焦耳)和空間反物質(zhì)探測(cè)譜儀用大型釹鐵硼永久磁體(中心磁場(chǎng)0.13特斯拉,孔徑1.lm,高0.8m)代表著我國(guó)當(dāng)今的技術(shù)水平,無液氦磁體系統(tǒng)的研制工作也在積極進(jìn)行中。
隨著超導(dǎo)與永磁強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)的成熟,強(qiáng)磁場(chǎng)的多方面應(yīng)用也得到了蓬勃發(fā)展,與各種科學(xué)儀器配套的小型強(qiáng)磁場(chǎng)裝置已形成了一定規(guī)模的產(chǎn)品,做為磁場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)的核磁共振技術(shù),磁分離技術(shù)與磁懸浮技術(shù)繼續(xù)開拓著多方面的新型應(yīng)用,形成了一些新型產(chǎn)品與樣機(jī),磁拉硅單晶生長(zhǎng)爐也成為產(chǎn)品得到了實(shí)際應(yīng)用。
醫(yī)療用磁成像裝置已真正成為一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè),全世界已有幾千臺(tái)超導(dǎo)與永磁磁成像裝置在醫(yī)院使用,我國(guó)也有永磁裝置在小批量生產(chǎn),研制成功了幾臺(tái)0.6—1.0特斯拉的超導(dǎo)裝置。除繼續(xù)擴(kuò)大醫(yī)療應(yīng)用�，正哉敩力开唾懄用磁成像装置釉彜业生产过程监测�?xùn)V稱費(fèi)≡�，最近，葰志进行翑\糜詡觳馕鞴咸嗆坑肟昭?jí)蚊釉r姹餝almon魚雌雄性的實(shí)驗(yàn),取得了有意義的結(jié)果。用于高嶺土提純的超導(dǎo)高梯度磁選機(jī)已有十余臺(tái)在生產(chǎn)運(yùn)行,磁拉硅單晶生長(zhǎng)爐也已開始使用,但尚未形成規(guī)模,中國(guó)科學(xué)院電工研究所與低溫工程中心曾在九十年代初研制成功超導(dǎo)磁分離工業(yè)樣機(jī),試制成功了兩套單晶爐用超導(dǎo)磁體系統(tǒng),為產(chǎn)品的形成奠定了基礎(chǔ)。
總起來說,超導(dǎo)與永磁磁體技術(shù)已經(jīng)成熟到可以提供不同場(chǎng)強(qiáng),形態(tài)的大體積強(qiáng)磁場(chǎng)裝置,開始形成了相應(yīng)的高技術(shù)產(chǎn)業(yè),但大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展還有賴于積極地進(jìn)一步開拓強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)用,特別是可能形成大規(guī)模市場(chǎng)產(chǎn)品的開拓,根據(jù)不完全的了解,目前主要進(jìn)行的工作有:
1 在材料科學(xué)方面
(1)熱固性高分子液晶材料強(qiáng)磁場(chǎng)下的性能及應(yīng)用。國(guó)際上在0~15特斯拉磁場(chǎng)范圍內(nèi)對(duì)高分子液晶材料的取向行為、熱效應(yīng)、磁響應(yīng)特性、固化成型過程等方面進(jìn)行了研究,并作其力學(xué)性能和磁場(chǎng)的關(guān)系的定量分析,應(yīng)用前景十分看好。
(2)功能高分子材料在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下的研究。國(guó)際上高電導(dǎo)率的高分子材料、防靜電及防電磁輻射高分子材料的研究和應(yīng)用取得了很大進(jìn)展,某些材料纖維的電導(dǎo)率經(jīng)強(qiáng)磁場(chǎng)處理后,可達(dá)銅電導(dǎo)率的1/10,是極具潛力的二次電池材料。在防靜電服和隱形技術(shù)方面電磁波吸收材料已用于軍工領(lǐng)域。
(3)強(qiáng)磁場(chǎng)下金屬凝固理論與技術(shù)研究。
(4)NdFeB永磁材料的強(qiáng)磁場(chǎng)取向。在NdFeB永磁材料加壓成型過程中,采用4~5特斯拉強(qiáng)磁場(chǎng)取向,可大大提高性能,國(guó)外已開始實(shí)際應(yīng)用。
2 在生物工程與醫(yī)療應(yīng)用方面
(1)血液在強(qiáng)磁場(chǎng)下性能的改變及對(duì)生物體的影響。國(guó)際上研究了人體及動(dòng)物的全血的強(qiáng)磁場(chǎng)下的取向行為及其作用的主體——血紅細(xì)胞的作用機(jī)制;血液在強(qiáng)磁場(chǎng)下流變性能的變化;血纖維蛋白質(zhì)在強(qiáng)磁場(chǎng)下的活性變化及對(duì)生物代謝作用的影響;人血在強(qiáng)磁場(chǎng)中所受磁力、磁懸浮特性和光吸收特性。
(2)蛋白質(zhì)高分子在強(qiáng)磁場(chǎng)下的特性及其應(yīng)用。國(guó)際上研究了磷脂中縮氨酸在強(qiáng)磁場(chǎng)下的取向作用;肌肉細(xì)胞蛋白質(zhì)在磁場(chǎng)中的磷代謝過程;神經(jīng)肽胺酸在強(qiáng)磁場(chǎng)下的結(jié)構(gòu)改變及蛋白質(zhì)酰胺與氫的交換等。
(3)醫(yī)療應(yīng)用。除繼續(xù)發(fā)展人體成像系統(tǒng)外,近年來國(guó)際上還研究了在4—8特斯拉強(qiáng)磁場(chǎng)下血纖維蛋白質(zhì)的活性以及對(duì)血管中血栓溶解的影響;強(qiáng)磁場(chǎng)及磁場(chǎng)梯度對(duì)血纖維蛋白的溶解過程的影響;強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)物血細(xì)胞的活性及其對(duì)心肌保護(hù)特性的影響;外加磁場(chǎng)對(duì)血小板流動(dòng)性能的影響及其在醫(yī)療上的應(yīng)用等。
3 在工業(yè)應(yīng)用方面
除繼續(xù)積極進(jìn)行強(qiáng)場(chǎng)磁分離技術(shù)、磁懸浮技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用外,近年來,國(guó)際上還研究了磁場(chǎng)對(duì)石油滯粘性能的影響及對(duì)原油的脫蠟作用;研究了磁場(chǎng)對(duì)水的軟化作用及改善水質(zhì)的作用;研究了外加磁場(chǎng)對(duì)改善燃油燃燒性能及提高燃值的作用;通過在強(qiáng)磁場(chǎng)中的取向提高金屬材料的強(qiáng)度和韌性;通過表面吸出排除雜質(zhì)、提高金屬質(zhì)量等。
4 在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面
國(guó)際上研究了外磁場(chǎng)對(duì)農(nóng)作物種子的萌發(fā)與生長(zhǎng)的影響及其作用機(jī)制;研究了磁場(chǎng)與農(nóng)作物種子的萌發(fā)與生長(zhǎng)的定量關(guān)系;研究了磁場(chǎng)與促進(jìn)萌發(fā)與生長(zhǎng)有密切關(guān)系的酶的活性與代謝作用;研究了生物酶在磁場(chǎng)下的合成作用以及對(duì)作物遺傳變異的影響;研究了磁化水對(duì)促進(jìn)作物生長(zhǎng)的作用及磁性肥料的研究和應(yīng)用。
隨著強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)與裝備的進(jìn)一步完善,已有應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展和積極開拓新應(yīng)用,特別是具有大規(guī)模市場(chǎng)前景的產(chǎn)品的發(fā)展,可以期望,21世紀(jì)中強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)用將發(fā)展成為一個(gè)強(qiáng)有力的新興產(chǎn)業(yè)。
|