目前世界上最強的人造磁場——91.4 T的磁場何時能用于臨床磁共振檢查？

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，當(dāng)?shù)貢r間6月22日，德國亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心(HZDR)的研究人員制造出了強度為91.4 T的磁場，打破數(shù)年前由美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室所創(chuàng)造的89 T的紀(jì)錄，成為目前世界上最強的人造磁場。

據(jù)隸屬于該中心的德累斯頓強磁實驗室負(fù)責(zé)人約阿希姆·沃斯尼察介紹，這一磁場強度大約是地球磁場強度(0.00005 T)的183萬倍，是醫(yī)用核磁共振成像儀磁場強度(0.5～3 T)的近百倍。雖然如此高的磁場也是以電流通過銅線圈的方式產(chǎn)生的，但強磁場會影響電流將電流推離線圈，隨著電流的增強，這種推力也會越來越大。對普通銅制線圈而言，當(dāng)磁場強度達(dá)到25 T的時就會使其四分五裂。如果磁場強度能達(dá)到100 T，線圈中洛倫茲力所產(chǎn)生的壓力將相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的4萬倍，這種力量能將整個線圈炸得七零八落。

為了攻克這一難題，德累斯頓強磁實驗室的謝蓋爾·哲利岑和同事制造出了一個重達(dá)200 kg的雙層線圈。該線圈的外部由鋼套覆蓋，高55 cm，直徑32 cm。

為了抵御強大磁場所產(chǎn)生的洛倫茲力，研究人員采用了一種特殊的銅合金材料線圈，這種線圈可以承受相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)氣壓1萬倍的壓力。為了進一步保證強度，研究人員采用制造防彈背心的特殊纖維為這些合金增加了一層“安全外套”。通過這種結(jié)構(gòu)，特制的線圈在0.02秒的時間內(nèi)瞬間產(chǎn)生了50 T的磁場。

但50 T磁場強度仍然無法滿足實驗的要求。為了達(dá)到更大的磁場強度，研究人員在第一層線圈外面又增加了12層銅線圈。這種普通銅線圈雖然只能承受相當(dāng)于2500倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力，但在外部束縛材料的作用下，短時電流脈沖也使其產(chǎn)生了大約40 T的磁場。實測中，當(dāng)兩個線圈同時工作時，該裝置在幾毫秒內(nèi)產(chǎn)生了91.4 T的磁場，整個過程中線圈保存完整并未發(fā)生損壞。

沃斯尼察說，該裝置雖然在強度上創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，但他們真正在意的是其在材料學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，更強大的磁場意味著科學(xué)家在對如新型電子元件或超導(dǎo)體進行測試時可以獲得更高的精度。這項研究讓他們成為全球第一個能用如此強的磁場進行實驗的研究機構(gòu)。

然而，此等超高場強磁場是否能在本世紀(jì)內(nèi)應(yīng)用到臨床實踐中來？或許這是本世紀(jì)一個科學(xué)難題！