中国刷新稳态强磁场世界纪录

中国刷新稳态强磁场世界纪录8月12日，位于中国合肥的稳态强磁场设施(SHMFF)的混合磁体通过一个测量为45.22特斯拉(T)的工作磁体产生了世界最高的稳态磁场。相比之下，地球在0°纬度和0°经度的磁场强度只有0.000032特斯拉。它超过了1999年由美国国家高磁场实验室的混合磁铁创造的45特斯拉的先前世界纪录。磁场图这个45.22特斯拉的混合磁体由一个嵌套在一个内径为32毫米的超导外延中的电阻性内芯组成。尽管面临许多障碍，该团队在2016年成功建造了该混合磁体，当时产生了40特斯拉的中心磁场并使其成为全球第二个40特斯拉级别的磁体。显而易见，40特斯拉并不是终点。此后，该团队继续追求更强的磁场。SHMFF研究团队“为了实现更高的磁场，我们创新了磁体的结构并开发了新的材料，”SHMFF所在的中科院合肥物理研究所(CHMFL)强磁场实验室学术主任匡光力教授说道。45.22特斯拉磁体的成功代表了中国和世界磁技术发展的一个重要里程碑。该磁体是中国机械工业联合会开发和运行的十种磁体之一。稳态强磁场实验装置混合磁体合肥实验室已经用其电阻式磁体打破了三项世界纪录。SHMFF是一个用户设施，目前为全世界的科学家提供最强稳态磁场，自运行以来已经运行了50多万个机时，为国内外170多个研究所或大学提供了多学科前沿研究的实验条件。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313755.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313755.htm

天文学家发现拥有超强磁场的新型恒星HD 45166

天文学家发现拥有超强磁场的新型恒星HD45166HD45166是一个双星系统，距离地球约3000光年，位于摩羯星座。它的主星很大，大部分由氦组成，观测结果表明它有一些无法解释的特性。于是，天文学家利用世界各地的一系列仪器对它进行了更近距离的研究。新数据显示，这颗恒星拥有43000高斯的超强磁场--相比之下，太阳的磁场只有10高斯。这使得HD45166的主星成为迄今发现的磁性最强的大质量恒星。这项研究的第一作者托默-申纳尔（TomerShenar）说："发现一种新型天体令人兴奋。"尤其是当它一直隐藏在人们的视线中时。"这一发现不仅是一种全新的恒星，而且可能有助于解释另一种天文异常现象--具有难以置信的强磁场的中子星，即磁星。迄今为止，已经确认了几十个这样的天体，虽然它们被认为是大质量恒星坍缩时形成的，但目前还不清楚为什么只有一些天体获得了强磁场，成为磁星，而另一些则没有，成为普通的中子星。根据他们的计算，研究小组认为HD45166很可能在死亡时坍缩成一颗磁星，获得更强的磁场--深不可测的100万亿高斯。进一步的观测可能会发现其他类似的恒星似乎也是磁星的祖先，这就可以回答磁星从何而来的问题。这项研究发表在《科学》杂志上。下面的视频展示了这颗恒星的动画效果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378697.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378697.htm

MIT创世纪核聚变刷新世界记录 高温超导磁体解锁恒星能量

MIT创世纪核聚变刷新世界记录高温超导磁体解锁恒星能量最近，MIT等离子体科学与核聚变中心以及英联邦聚变系统（CFS）发表了一篇综合报告。这份报告援引在“IEEE应用超导会刊”3月份特刊上6篇独立研究的论文，证明了：MIT在2021年实验中采用“高温超导磁体”以及无绝缘的设计，是完全可行且可靠的。同时还验证了，团队在实验中使用的独特超导磁体，足以作为核聚变发电厂的基础。这预示着“核聚变”从一个实验室中的科学研究项目，即将成为可以商业化的技术。论文地址：https://ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isnumber=10348035&punumber=77而这一切都要从2021年MIT那次创下世界记录的核聚变实验说起。“超导磁体”创磁场强度世界纪录2021年9月5日凌晨，在麻省理工学院等离子体科学与核聚变中心（PSFC）的实验室，工程师们实现了一个重大里程碑——一种由“高温超导材料”制成的新型磁体，达到了20tesla的大规模磁场强度的世界纪录。要知道，20tesla正是建造核聚变发电厂所需的磁场强度。科学家们预测，它有望产生净功率输出，并有可能开创一个几乎无限的发电时代。试验证明是成功的，同时满足了为设计新的聚变装置（被称为SPARC，磁体是其关键的使能技术）而设定的所有标准。疲惫不堪的工程师们打开香槟，庆祝已取得令人骄傲的成就。他们为此，付出了漫长而艰辛的努力。但是科学家们并没有就此停下他们手头的工作。接下来的几个月里，团队拆解和检查了磁体的部件，仔细研究和分析了来自数百台记录测试细节的仪器的数据。他们还在同一块磁体上进行了另外两次测试，最终将其进行了极限测试，以了解任何可能的失败模式的细节。为的就是进一步验证他们实验中的超导磁体是否能在各种极限场景下都能稳定工作。一个团队将磁体放入低温恒温器容器中核聚变发电，成本降低40倍最近卸任PSFC主任的日立美国工程学教授DennisWhyte表示，“在我看来，磁体的成功测试是在过去30年的聚变研究中最重要的事情”。正如实验结果显示，现有的超导磁体足够强大，有可能实现聚变能源。而唯一的缺点是，因其体积和成本巨大，永远不可能推广实用，或在经济上可行。随后，研究人员进行的测试表明，如此强大的磁体在体积大大缩小的情况下，仍具有实用性。“一夜之间，聚变反应堆的每瓦成本在一天之内就降低了近40倍”。现在核聚变有了机会。“托卡马克”是目前使用最广泛的聚变实验装置设计。“在我看来，托卡马克有机会变得有机会变得经济实惠，因为在已知的约束物理规则下，我们可以大幅减小实现聚变所需装置的体积和成本，这是一个质的飞跃”。六篇论文详细介绍了MIT磁体测试的全面的数据。然后通过分析表明，由麻省理工学院和CFS设计的新一代核聚变设备，以及其他商业聚变公司的类似设计，在科学上是完全行得通的。是核聚变，更是超导的突破核聚变，是轻原子结合成重原子的过程，为太阳和恒星提供能量。但事实证明，在地球上利用这一过程是一项艰巨的挑战。几十年来，人们在实验装置研究上付出了巨大的努力，甚至花费了数十亿美元。人们都在追求却从未实现的目标是：建造一座产生的能量超过消耗的聚变发电厂。这样的发电厂在运行过程中，可以在不排放温室气体的情况下发电，同时不会产生大量放射性废料。而核聚变的燃料，来自从海水中提取的氢，几乎是无穷无尽的。但是，核聚变实现成功的条件，就必须在极高的温度和压力下对燃料进行压缩。由于目前没有任何已知材料能够承受这样的温度，因此必须利用极其强大的磁场来约束燃料。若想产生如此强大的磁场需要“超导磁体”，但之前所有的核聚变磁体都是用超导材料制造的，这种材料需要绝对零度以上约4度（4kelvins，即-270摄氏度）的低温。最近几年，一种被称为REBCO（稀土钡铜氧化物）的新型材料，开始被用于核聚变磁体中。它可以让核聚变磁体在20kelvins的温度下工作，尽管比4kelvins仅高出16kelvins，但在材料特性和实际工程方面却有着显著优势。新型高温超导材料，是对几乎所有用于制造超导磁体的原理的重新设计。如果采用这种全新的高温超导材料进行制造超导磁体，不仅仅是在前人的基础上进行改良，而是需要从头开始创新和研发。“TransactionsonAppliedSuperconductivity”杂志上的新论文描述了这一重新设计过程的细节，而且专利保护已经到位。为了能够充分利用REBCO，研究人员重新设计了一种基于TSTC架构的工业可扩展大电流的“VIPERREBCO”电缆。VIPERREBCO电缆具有这几个明显的优点：-具有不到5%的稳定电流退化。-在2-5nΩ范围内具有坚固的可拆卸接头；-首次能在适合REBCO低正常区域传播速度的聚变相关条件下在全尺寸导体上进行两种不同的线缆淬火测试。关键创新：无绝缘层设计而在这个超导磁体中另一项让人匪夷所思的设计，是移除了薄而扁平的磁体超导带周围的绝缘体。在传统的设计中，超导磁体周围要由绝缘材料进行保护，以防止短路。而在这个新的超导磁体中，超导带完全是裸露的。科学家们依靠REBCO更强的导电性来保持电流准确地通过材料。负责开发超导磁体的MIT核科学与工程系ZachHartwig教授说：“当我们在2018年开始这个项目时，利用高温超导体建造大规模高场磁体的技术还处于很早期的阶段，只能进行小型的实验。”“我们的磁体研发项目在这个规模基础上，很短的时间内完成了全规模磁体的研发。”团队最后制造了一个接近10吨的磁体，产生了高于20特斯拉，稳定且均匀的磁场。“制造这些磁体的标准方法是将导体缠绕在绕组上，在绕组之间设置绝缘层，你需要绝缘层来处理意外情况（如停机）时产生的高电压”。“去掉这层绝缘层的好处在于它是一个低压系统。它大大简化了制造工艺和进度”。这也为冷却或更多的强度结构留出了充足的空间。磁体组件的尺寸略小，它构成了CFS正在建造的SPARC核聚变装置的甜甜圈形腔体。这个腔体由16块被称为“薄饼”的板块组成，每块板块的一侧都缠绕着螺旋形的超导带，另一侧则是氦气冷却通道。“但是，无绝缘层设计在大多数人眼里风险是很大的，而且就算测试阶段也有很大的风险”。教授表示，“这是第一块规模足够大的磁体，探究了使用这种无绝缘层无扭转技术设计、制造和测试磁体所涉及的问题”。“当团队宣布这是一个无绝缘层线圈时，整个社区都感到非常惊讶”。极限测试已完成，大规模商用即将到来？在之前的论文中描述的首次实验已经证明，这样的设计和制造工艺不仅可行，而且非常稳定，虽然一些研究人员曾对此表示怀疑。接下来的两次测试也是在2021年底进行的，通过故意制造不稳定条件，包括完全关闭输入电源，将设备的运转条件推向了极限，这可能会导致灾难性的过热。这种情况被称为“淬火”，被认为是此类磁体运行过程中可能出现的最坏情况，有可能直接摧毁设备。Hartwig说，测试计划的部分任务是“实际去故意淬火一个全尺寸的磁体，这样我们就能在合适的规模和合适的条件下获得关键数据，以推动科学发展，验证设计代码”。“然后拆开磁体，看看哪里出了问题，为什么会出问题，以及我们如何进行下一次迭代来解决这个问题......最终结果证明这是一次非常成功的试验。”Hartwig说，最后的测试以融化了16块“薄饼”中的一个角而告终，但却产生了大量的新信息。首先，他们一直在使用几种不同的计算模型来设计和预测磁体各方面的性...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423169.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423169.htm

【再度刷新世界纪录！“九章三号”光量子计算原型机研制成功】近日，中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院研究团队与

【再度刷新世界纪录！“九章三号”光量子计算原型机研制成功】近日，中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院研究团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”，再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。根据公开正式发表的最优经典精确采样算法，“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升一百万倍。“九章三号”在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，需要当前最强的超级计算机“前沿”花费超过二百亿年的时间。这一成果进一步巩固了我国在光量子计算领域的国际领先地位。（央视）

中国“人造太阳”运行时间突破千秒 创新纪录

中国“人造太阳”运行时间突破千秒创新纪录2021年的最后一天，中科院合肥物质科学研究院传来消息：该院等离子体物理研究所有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。据新华社报道，EAST是中国国家发改委批准立项的国家重大科技基础设施，拥有类似太阳的核聚变反应机制，用来探索核聚变能源应用。核聚变能源的原材料在地球上几乎取之不竭，排放无污染，被视为“终极能源”。实现核聚变发电的两大难点是实现上亿摄氏度点火和稳定长时间约束控制。近年来，在合肥综合性国家科学中心等相关部门支持下，EAST进行一系列性能升级，本轮实验于2021年12月初开始。EAST装置实验运行总负责人龚先祖告诉记者：“2021年上半年，我们把电子温度1.2亿摄氏度等离子体维持了101秒，这次我们是把电子温度近7000万摄氏度的长脉冲高参数等离子体维持了1056秒，注入能量达到1.73吉焦。这是两个不同阶段的目标，千秒等离子体运行的实现，为未来建造稳态的聚变工程堆奠定坚实的科学和实验基础。”实验装置、实验堆、工程堆是瞄准聚变能商用不可逾越的步骤，经过国际社会70余年的共同努力，核聚变研究已从实验装置进入实验堆和工程堆“篇章”。目前，1兆安的等离子体电流、电子温度1亿摄氏度的等离子体、1000秒的连续运行时间，上述三个条件在EAST上已分别实现。中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说：“千秒量级等离子体运行再次挑战了世界托卡马克纪录，我们全面验证了未来聚变发电的等离子体控制技术，推动其从基础研究向工程应用迈进了一大步。”据科研人员介绍，本轮实验至少持续到2022年6月，EAST科研团队将在未来聚变堆类似条件下，向更高参数稳态高约束等离子体运行等科学目标发起冲击。发布：2021年12月31日3:42PM

中国科研团队刷新大面积全钙钛矿光伏组件光电转化效率世界纪录

中国科研团队刷新大面积全钙钛矿光伏组件光电转化效率世界纪录据谭海仁介绍，钙钛矿是新型太阳能电池的重点研发方向之一。和传统晶硅材料相比，钙钛矿光伏组件更轻、更薄，具有可弯曲、半透明等良好特性，应用场景更丰富。近年来，谭海仁课题组一直致力于研究钙钛矿，取得小面积电池光电转化效率28%、大面积叠层组件光电转化效率21.7%等成果。“叠层组件由带隙不同的子电池堆叠而成，窄带隙子电池能够吸收宽带隙子电池吸收不了的光，理论上，叠层组件的光电转化效率应该更高，21.7%这个结果显然不能令人满意。”论文共同第一作者、南京大学2019级直博生高寒告诉记者，实验室制备的小面积电池只有1平方厘米左右，而真正具有商用价值的是组件，所以必须突破大面积叠层组件的效率关。难点在于窄带隙钙钛矿薄膜的生产工艺。“窄带隙钙钛矿薄膜的结晶过程太快，不好控制，大面积制备时，会出现薄膜不均匀的问题。而且钙钛矿的结晶过程上下不同步，容易导致薄膜的底部产生大量缺陷。”高寒说。这是南京大学谭海仁课题组研制的全钙钛矿光伏组件实物。（受访者供图）为了解决这个问题，谭海仁课题组在前驱体溶液中加入了甘氨酰胺盐酸盐，它能够减缓钙钛矿的结晶速率，将薄膜的制备时间延长到原来的10倍左右，并且能自发诱导修复底部缺陷。高寒表示，用这种办法制造的窄带隙钙钛矿薄膜，与宽带隙钙钛矿薄膜结合后，所形成的叠层组件面积达20.25平方厘米。经过国际权威第三方机构测试，该组件取得24.5%的光电转化效率，相关数据被国际《太阳能电池效率表》收录，目前尚无同类组件打破该纪录。谭海仁表示，此次突破为后续发展打下了技术基础，“我们还将不断尝试制备面积更大、效率更高的全钙钛矿光伏组件，向着产业化的目标踏实前进。”（记者陈席元）...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420495.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420495.htm