王秋良：“高原”之上，再攀“高峰”

“创新是要做出：人无我有，人有我优，人优我快的成果，争先指能在国际舞台上展现中国特色，做无人区的探险家。”凭借创造35.6特斯拉（T）世界最高场全超导用户磁体纪录、无液氦人体超导磁共振成像等一系列成果，中国科学院院士、中国科学院电工研究所（以下简称电工所）研究员王秋良斩获第四届全国创新争先奖，谈及对“创新争先”的理解，王秋良颇有感触。

电、磁相互作用构成了现代社会科技发展的基石。通过超强磁场，人们能清晰观测物质的微观特征、变化规律与作用机理。因此，超强磁场是探索凝聚态物理、材料科学等前沿方向的“超级显微镜”，能发现常规条件下无法观测的新物态、新现象，从而发现新材料、新物态；强磁场技术也是高端医疗器械、新能源装备、航空航天和国防建设的核心支撑，直接关系人民医疗健康、国家能源和国防安全。因此，在王秋良眼里，进行强电磁装备研究必须夯实前沿研究、挑战极端条件，不断刷新磁场强度纪录，是在“高原”之上，再攀“高峰”。

王秋良。张双虎摄

自加压力，不断挑战世界纪录

2010年之前，我国高场核磁共振所用超导磁体高度依赖进口。

“一台1.5T核磁共振成像设备进口价格动辄上千万元，且每年维护费用高达百万元。”王秋良举例说，“当时，我国百万人口磁共振设备保有量不及发达国家的十分之一。其中，核心部件超导磁体成为制约我国医疗装备发展的最大瓶颈。”

2012年，国家重大科技基础设施“综合极端条件实验装置”启动立项，王秋良团队承接了研建用于量子振荡的26T超导磁体的任务。

当时，国际最高场强是美国国家强磁场实验室创造的27T。但美国、日本和欧洲一直暗暗较劲，争夺世界最高磁场强度纪录。不久，日本刷新纪录，创造27.6T的世界最高纪录。

在极端强磁领域，磁场强度每提升1T，就意味着一个国家科学、技术、材料和工艺等多领域的巨大突破。王秋良团队提出研建26T超导磁体时，我国最高场强纪录只有十几T。因此，立项伊始团队就不被看好。

凭借该团队在强电磁工程与技术领域探索多年建立的深厚基础研究积累和丰富工程经验，经过艰苦持续的工艺探索，2017年，团队在实验室做出27.2T模型磁体，建造26T用户磁体的目标逐渐清晰。这时，美国国家强磁场实验室又宣布打破日本保持的世界纪录，研制出32T超导磁体。

“最高纪录已经突破32T了，我们再研制26T感觉意义不是很大了。”王秋良说。

尽管国家重大科技基础设施项目的研制目标仍是26T，王秋良还是决定“自加压力”，带领团队开始冲击32T。

王秋良（左）指导学生做实验。张双虎摄

夯实基础，奠定并跑超越基础

随着磁场强度一点点提高，磁体各种参数一步步逼近极限，出现问题的几率也不断飙升。场强达到27T附近时，王秋良团队再次遭遇技术“瓶颈”——磁力结构总是没什么缘由地损坏，无论团队怎么努力，问题总是无法解决。

“那段时间找不着方向，放弃不行，不放弃又不知道怎么做。”王秋良回忆说。

最后，团队决定从基础理论开始，通过基础科学研究来梳理工程中存在的关键科学问题，用大量实验和工程设计，进行细致结构分析和工艺研究，终于发现问题出在磁体结构上。

“这让我意识到，只有把基础科学问题弄清楚，才能找到工程实施中问题出在哪里。”王秋良补充说，“进而找到解决途径，发展出新技术提高装置综合性能。”

进行结构强度和工艺改进时，团队发现美国的磁体线圈采用“绝缘”工艺，虽然前期更容易实现，但运行中存在稳定性隐患。因此，团队提出采用“无绝缘+自适应支撑”方案。尽管该方案中线圈建造组装复杂，多层高精度线圈精准装调困难，但后来的事实证明，这种自主设计的方案在超导磁体的热管理和机械应力方面优势明显。磁体结构的创新也为团队从学习追赶，到并跑超越奠定了基础。

2019年，王秋良团队研制出中心磁场32.35T的全超导磁体，打破了当时由美国保持的世界纪录。

再攀“巅峰”：让“中国方案”惠及全球

在科研、医疗、国防等领域，强磁系统通常要浸泡在液氦中进行降温。我国氦资源稀缺，西方国家曾通过低价倾销方式，击垮我国制氦企业，然后通过涨价、断供来“卡脖子”。

早在2004年，王秋良意识到液氦供应在磁共振成像行业中的不可持续性，就开始布局无液氦磁体技术研发。历经持续研发迭代，团队的无液氦磁体技术逐步落地应用，形成了0.7T、1.5T等系列化的无液氦磁共振成像系统。其中，我国自主研发的1.5T无液氦超导磁体已规模化量产，大幅降低磁共振系统的运行维护费用。

王秋良说，“液氦是一种全球性的稀缺资源，普通医院每年花在液氦上的钱就达百万元。我们研制的设备彻底摆脱对液氦的依赖，年均维护成本仅需2万元左右。”

2019年底，王秋良团队研制出9.4T超高场人体全身磁共振成像超导磁体，使我国成为亚洲第一个掌握该项关键技术的国家。该磁体配套形成超高场人体核磁共振成像系统，能够实现多核成像，获得更高信噪比、更高分辨率的图像，且成像速度更快。

“9.4T磁共振成像系统能实现钠、磷、碳等原子核成像，可用于人体代谢、脑认知科学、神经科学等前沿研究。”王秋良说。“它能在帕金森病、阿尔茨海默病、恶性肿瘤等疾病早期诊断中发挥作用，也广泛应用于药物研制、评估，材料加工、芯片制造等领域。”

2022年，团队研发出世界首套无液氦0.7T开放式和1.5T圆柱形医用人体磁共振磁体系统。通过与北京万东医疗、健信等公司的深度合作，相关技术已实现转化，打破了磁共振国外厂商对中国市场的长期垄断，系列产品还批量出口“一带一路”沿线国家。

今年年初，王秋良团队再次打破自己保持的世界纪录，研制出35.6T全超导用户磁体。这是目前世界上唯一稳定运行在35T量级的全超导用户磁体，它这相当于地球磁场强度的70万倍，标志着中国在高场超导磁体领域材料特性、磁体结构设计、工艺研究、装配精度与制造技术全方位的质的飞跃。

“关键核心技术是买不来、讨不来的”。面对国外技术封锁与市场垄断，王秋良认识到：解决“卡脖子”问题，满足国家重大需求，关键核心技术必须自主研发。

近20年攻坚克难,这支由超导、电磁、低温、机械、测控等多学科背景科研人员组成的协同攻关团队，已经从基础研究、工程应用，走向成果转化与产业化，走出了一条产学研深度融合创新之路。

面对骄人“战绩”，王秋良认为强磁装备研究具有学科交叉多、基础研究强、工程应用要求高等典型特征，单靠个人力量根本无法完成，“这也体现了有组织科研和团队合作的强大力量”。

“下一步我们要向40T、50T，甚至更高目标迈进。”王秋良说，“如果把强磁装备世界纪录看作‘巅峰’，基础研究就是耸起巅峰的‘高原’。强电、磁装备研究必须站在‘高原’之上，不断冲击‘巅峰’，不断刷新磁场强度纪录，持续推动超导磁体技术工业化、产品化，才能更好服务前沿科学研究、国家重大需求与民生福祉。”