王秋良在实验室。张双虎/摄

■本报记者 张双虎

“创新，就是要做出‘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、取得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。

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”。

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1/10。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障碍。”

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，国际最高磁场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，就意味着一个国家在技术、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，立项伊始团队并不被看好。

凭借在强电磁工程与技术领域多年建立的深厚研究基础、积累的丰富工程经验，团队经过艰苦漫长的工艺探索，2017年在实验室做出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”，带领团队冲击32T。

夯实基础，奠定超越条件

随着磁场强度一点点提高，磁体各种参数一步步逼近极限，出现问题的概率也在不断飙升。当场强达到27T附近时，王秋良团队再次遭遇技术瓶颈——磁力结构总是没来由地损坏，无论团队怎么努力，问题都无法解决。

“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。于是，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，利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。

王秋良补充说：“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，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跟随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。

攀登“高峰”，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，王秋良就意识到液氦供应在磁共振成像行业中的不可持续性，开始布局无液氦磁体技术研发。经过持续迭代，团队研发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，1.5T无液氦超导磁体已规模化量产，大幅降低了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费用达百万元。我们研制的设备可以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此项关键技术的国家。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领域。”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，也能广泛应用于药物研制与评估、材料加工和芯片制造等领域。”

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”共建国家。

今年初，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。

面对国外技术封锁与市场垄断，王秋良认识到，解决“卡脖子”难题，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。

回顾过往的成绩，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‘高峰’，基础研究就是耸起高峰的‘高原’。强电、强磁装备研究必须站在‘高原’之上，不断攀登‘高峰’，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，才能更好地服务前沿科学研究、国家重大需求与民生福祉。”