脈衝磁場

我博士論文做的是錳鉍合金。錳鉍合金是硬磁材料，硬磁材料的特性最好用磁滯回線來描述。

上圖就是我博士論文中我製作的錳鉍合金的磁滯回線。這個材料最特別的地方就是矯頑力的溫度係數為正。磁滯回線一個指標是矯頑力，矯頑力越大，磁性越硬。一般磁性材料都是溫度越高，矯頑力越小，而錳鉍剛好相反，溫度越高，矯頑力越強。這和水的體積溫差係數有一比，一般物質都是冷縮熱脹，而攝氏4度以下的水剛好相反，是冷脹熱縮。由於錳鉍磁性太硬，要做出完整的磁滯回線需要很高的磁場，我做的這個磁滯回線就用到高達18個特斯拉的磁場。這個磁場的能量太高了，隻能維持很短時間。我用的脈衝磁場10微秒就達到18個特斯拉，也就是0.01秒。而在這0.01秒時間內必需紀錄幾百個數據，才能把磁滯回線畫出來。

脈衝磁場的裝置放在沒有窗戶的小屋子裏。感謝前己任研究生們做了這個裝置，我也不知道是誰做的，反正導師讓我用這個裝置測磁滯回線。我論文第6章對這個裝置有介紹。物理裝置在，但如何獲得數據還是一個問題。導師又讓一個博士後幫我，教我怎樣做這個激發磁場並獲取數據的係統：計算機。 

首先我要做數字電路板。那時最先進的個人電腦就是286單板機，386還是呼之欲出的時候。物理係實驗用的普遍就是286單板機。單板機有一個母版，基本所有計算機電路都在母版上，我要做的是一個子板，做好的子板要插在母版的公交（Bus）槽上。在那位博士後的指導下，我翻看厚厚的摩托羅拉的元件目錄，研究那些元件的特性，按照電路把元件插到子板元件座上，焊接電線把電路變成子板。

子板做好了，還要寫程序控製子板，這個程序隻能用匯編語言來寫，也就是機器語言。我又到資料室查找微軟手冊，學微軟匯編語言，讓計算機指揮子板怎麽是把脈衝磁場裝置的電容裏的電釋放到磁場線圈中，怎樣把測量數據儲存到子板上的記憶元件裏，實驗過後計算機怎樣把數據從子板中取出來。這部分計算機邏輯是子板上的邏輯電路，同學們自豪的說是在金屬上編碼（program to the metal）。然後我還要寫一個C語言的程序調用這個機器碼程序。

好了，可以測量了。測量是嚴格按照安全操作規程的。把樣品放好了，萬事俱備了，人就要離開那個小房子，把門關好，繞道十來米到脈衝磁場室隔壁的房間了，計算機和充電開關都在哪裏。這個脈衝磁場裝置最大的元件就是電容，四個大電容總體積近一個立方米，裏邊儲存的靜電能要在10微秒的時間內變成磁場能量擠壓到大約一個立方厘米的小空間內，就是高磁場的樣品室內，控製如果出問題了就會爆炸。一次，真爆炸了，把天花板都震碎了。脈衝磁場的線圈短路了。然後，我又把脈衝磁場的線圈重新繞了一個新的。線圈用的銅線是方的，就是要保障高磁場衝擊下線圈穩定線不移動。線圈外有一個很結實的不鏽鋼套把線圈緊緊地圍在裏邊，如果沒有這個外套，一個脈衝線圈就炸了。

不僅僅是把實驗數據紀錄了下來，對錳鉍合金的磁性特性做了測定，我還用理論公式擬合了這些曲線，作為對曲線的理論解釋，也是為材料理論提供實驗印證。

科學發展是一個積累過程。不僅僅是科學知識的積累，後人踏在前人的肩膀上往前探索，物理實驗裝置也一樣，前邊的研究生們做了許多工作製作了脈衝磁場的裝置，我又做了計算機和實驗裝置的聯接，我做完實驗以後，後邊的研究生們就能夠用這個計算機控製的脈衝磁場做更多實驗了。

實驗物理的樂趣，就在於開創出許多前人沒有做過的東西。

[唵啊吽]

回複 'gweipwu' 的評論 : 無芯的，因為線圈中間必須是空心的才能放實驗樣品。把天花板震碎，那能量是很大的。你看那圖。一個完整的磁滯回線需要17個特斯拉磁場。沒有完整磁滯回線，測不出矯頑力。

論文第六章中有脈衝磁場線圈的剖麵圖。

這是以前研究生做的，不是我做的，因此我沒有計算這些設計的指標。

[gweipwu]

磁場10微秒就達到18個特斯拉！請問您的激磁線圈有多少匝，有無鐵芯？如果有“鐵芯”，那麽“鐵芯”是什麽材料做的？線圈中的激磁電流是多少安培？有無鐵芯，得到的磁場會有多大差別？

謝謝！