創新不止繼往開來
——強電磁工程與新技術國家重點實驗室

2019-01-02 07:50:42

科學中國人 2018年19期

強電磁工程與新技術國家重點實驗室以“聚變與電磁新技術教育部重點實驗室”為基礎、整合“電力安全與高效湖北省重點實驗室”的優勢方向和隊伍組建而成。實驗室緊扣國家重大需求與國際學術前沿，在學術委員會和依托單位的指導下，從基礎理論和關鍵技術層面開展強電磁工程與新技術領域的研究工作，所取得的研究成果可為能源交通等國民經濟領域、強磁場核聚變等科學研究裝置等重大需求服務。

強電磁工程與新技術國家重點實驗室2018學術委員會會議

立足國需，砥志研思

實驗室以建成能服務于國家重大需求、符合學科發展方向、具有國際一流影響力的科學研究基地、優秀人才的培養和凝聚基地、高新產業的孕育基地為目標，結合自身優勢，堅持有所為有所不為的方針，重點研究對國民經濟、國家科技以及國家安全都具有重要意義的“高參數復雜結構電磁裝置與系統”的相關基礎理論和關鍵支撐技術。通過凝聚與凝練，創新與突破，整合與發展，以“電磁特性分析理論與方法”、“高電磁參數單元技術”和“復雜電磁系統優化與控制”為主要研究方向，不斷挑戰更高的電磁參數、提升電磁裝備技術水平，開拓電磁技術新的應用領域。

1.電磁特性分析理論與方法

（1）復雜電磁場分析與位形優化

研究復雜電磁場的分析和優化方法；研究電場、磁場、溫度場、應力場等多物理場對材料特性的作用機理，進而研究多物理場的耦合機理以及多場耦合分析優化理論和方法；研究不同應用目標所要求的復雜電磁場位形的優化理論與實現方法，如高均勻場、梯度場、行波磁場、旋轉磁場、以及磁約束核聚變中約束等離子體的復雜位形磁場等。

（2）復雜電磁系統動態特性分析

研究高維復雜電磁系統中各電磁裝置動態特性及機理；研究基于非線性、低阻尼和剛性微分方程的電磁系統分析方法；研究復雜電磁系統拓撲結構的優化與重構理論；研究復雜電磁系統故障及連鎖故障的演化過程；研究復雜電磁系統時域頻域綜合分析及優化方法；研究高維復雜電磁系統的全過程、多時空尺度的快速綜合分析方法。

（3）帶電粒子體系電磁特征理論

研究等離子體、電子束、離子束等帶電粒子體系的形成、湮滅機理及其動態過程中的電磁特征；研究帶電粒子體系的加速、加熱理論和方法；研究等離子體內部的精細電磁結構及其特征參數的測量、診斷與分析方法；研究帶電粒子體系在電磁場作用下的磁流體模式、帶電粒子體系的輸運控制、穩定控制、電磁參數調制的理論和方法。

（4）電磁場與帶電粒子體系的相互作用機理

研究低溫等離子體與生物相互作用的機理，為等離子體醫學應用開拓方向；研究電磁波在等離子體與復合介質組成的強耦合復雜系統中的傳播規律，探索飛行器隱身方案及實用化技術；研究射頻波與等離子體的相互作用規律，理論分析和實驗研究離子/電子回旋波在磁約束核聚變中的應用；研究粒子束對生物、材料特性的影響以及粒子束在非動力核技術應用中的關鍵技術。

我八歲的時候，我父親就去世了，我母親一個人帶大我們哥倆。我們在內蒙古偏遠的地方帶大，我在北京沒有一個親戚，我沒有因為自己的工作送過一回禮，我不也走到了今天嗎？我知道社會上有很多不良的現象，我告訴你，信那些該信的東西，因為它能改變你。因為如果你要信那些你沒法不憤怒的事情，它只能害了你。

2.高電磁參數單元技術

（1）脈沖功率與強流開關技術

研究強電磁脈沖的壓縮、整形、疊加、傳輸理論與技術；研究強電磁場、強應力場和溫度場的多場耦合下脈沖波形的精確調制技術；研究雜散參數的控制技術以及在強脈沖電磁環境下的電磁兼容技術、檢測技術；研究高壓強流開關的電弧產生、運動與熄滅機理、電極抗燒蝕技術、快速精確觸發技術；研究高重復頻率強流開關技術。

（2）高參數電能存儲與變換技術

研究靜電儲能、超導磁儲能、慣性儲能等具有快速響應能力的儲能器件和能量輸出技術；研究多元復合儲能的優化配置、協調控制理論和方法；研究高效機電能量轉換技術以及各種特殊參數需求的新型電機及驅動技術；研究電力電子系統集成技術，包括基本元件、電路和模塊的優化設計、串并聯和極限應用技術，以及電力電子系統的電壓電流應力分析、功率損耗分析和高品質電能質量控制技術。

（3）高參數磁體技術

研究電磁場、溫度場與應力場耦合過程，實現對磁體應力和溫升的準確控制，獲取更高磁場性能；研究高強度、高梯度、高均勻度、高時變率磁場對磁體結構、電源以及控制系統的要求；研究高參數磁體技術在脈沖強磁場、粒子加速器、托卡馬克、電感儲能、大型永磁設備整體后充磁等電磁裝置中高效、可靠應用技術；研究超導磁體失超保護與能量轉移技術；研究大型、超大型電磁線圈設計、加工、測試技術；研究磁體與電源、控制、診斷等系統的協同工作問題。

3、復雜電磁系統優化與控制

（1）高維電磁系統穩定與控制

研究高維復雜電磁系統的穩定性分析理論與方法，系統振蕩機理及抑制措施；研究先進控制理論及其在高維復雜電磁系統高性能控制器設計中的應用；研究高維復雜電磁系統保護新原理與技術，如快速高精度同步控制與故障檢測技術；研究高維復雜電磁系統的先進能量管理、決策及控制方法。

（2）復雜電磁系統檢測與診斷

研究高電壓、大電流、強電場、強磁場等極端電磁條件下的測量技術；研究等離子體參數空間分布測量技術；研究強電磁干擾和強背景噪聲下的信息測量和處理技術；研究高電壓大電流強磁場以及微弱電磁參量的檢測技術；研究電磁裝置與系統的智能化狀態診斷技術；研究結合能量管理系統、地理信息系統、廣域測量、無線通信、因特網等技術的電磁信息傳輸、分析、處理技術。

（3）電磁裝置與系統虛擬樣機技術

虛擬樣機技術利用虛擬手段對電磁裝置與系統進行整機的多學科協同優化設計和全生命周期的仿真，是對電磁設計理念的更新、技術的突破。擬研究復雜電磁電磁裝置與系統中不同尺度、不同層次的耦合分析模型建立方法；研究機、電、熱等不同領域的協同仿真理論和方法；研究電磁裝置與系統的場路耦合分析、全生命周期優化的理論和方法；研究電磁裝置與系統的虛擬信息的獲取、管理、分析、集成方法以及人機界面、數字實現等系統總體構成技術。

任重道遠，再接再厲

近5年來，實驗室堅持圍繞國家重大需求和學科發展前沿，積極組織隊伍，申請并承擔了各類科研計劃任務529項，累計各類項目的合同額為6.49億元，到賬科研經費4.14億元。實驗室承擔了一批國家重要研究任務，包括原“973”計劃項目2項、原“973”課題8項、國家重大科技專項課題6項、ITER計劃專項項目2項、ITER計劃專項課題5項、原“863”計劃課題8項、國家自然科學基金杰出青年科學基金1項、國家自然科學基金重大重點項目及課題6項、支撐計劃項目及課題7項；發表學術論文1252篇，SCI收錄208篇、EI收錄528篇。

多年來，實驗室在強電磁工程與新技術方面取得了一批國際先進、國內領先的成果，填補了多項國內空白，為國家重大需求提供了科學和技術支撐，獲國家級科技獎勵8項，省部級科技獎勵32項，發明專利156項。實驗室在脈沖功率領域已成為某國防重大專項的緊密層合作單位；擁有國內四套之一、高校唯一的中型托卡馬克實驗裝置，是磁約束核聚變教育部研究中心的掛靠單位；2011年、2012年分別實現了83T和86.3T的峰值磁場，均為當時亞洲第一、世界第三。

實驗室高度重視學術交流與合作，近5年來，組織召開了6次大型國際學術會議及研討會，參會的國內外專家、學者多達2000多人次；聘請了國內外著名大學、研究機構的33位知名專家和學者擔任我校顧問、客座或兼職教授，邀請了119位國內外知名學者來實驗室交流和講；與國際著名高校和研究院所建立了長期穩定的合作與交流關系，開展了實質性的科技合作。廣泛的國際交流大大提升了實驗室的國際化水平，開拓了研究人員的國際學術視野，促進了人才的快速成長，也提升了本實驗室的國際學術影響力和知名度，縮短了本實驗室與國外先進水平的差距，更有力地激發了研究人員的積極性和對實驗室美好發展前景的信心與追求，更以滿腔的熱忱積極投入到研究與人才培養工作中去。