大科学装置衍生高端仪器

大科学装置在攻关前沿科学难题过程中，为实现超高温、超低温、超高真空、超强磁场等极端实验条件，需要突破高功率加热、大型低温系统、超高真空获得、高场超导磁体、高精度诊断测量等一系列尖端核心技术，这些技术也成为解决高端仪器“卡脖子”难题的关键

“过去，质子治疗设备需从国外进口，一个疗程治疗费用20万～30万元。现在国产超导质子治疗系统正式投入使用后，设备成本和运维费用有望降低约三分之一。”

依托核聚变、强磁场、先进光源等装置集群，全省已累计衍生200余项科技成果，孵化近50家科技型企业，推动聚变能源、量子信息等未来产业加速崛起，让大科学装置技术高效转化为市场认可的高端仪器

文 |《瞭望》新闻周刊记者 姜刚 戴威

在科技创新和产业创新深度融合的浪潮中，大科学装置已成为推动科技创新的关键利器。目前，安徽已建、在建和预研大科学装置13个，其中合肥未来大科学城9个装置集结成片，成为全国大科学装置最密集、创新能级最高的区域之一。

大科学装置在向技术高峰进发的过程中，不仅攻关原创重大科技难题，也“沿途下蛋”，将阶段性成果及时转化为现实产品或应用。近年来，安徽充分发挥全超导托卡马克、稳态强磁场等大科学装置集群优势，正走出一条“装置攻关—关键技术突破—科学仪器衍生—产业转化落地”的科学仪器自主创新之路。

国之重器牵引科学仪器研发

在位于安徽省合肥市西郊的“科学岛”上，静静矗立着一座由中国科学院合肥物质科学研究院（下称“合肥研究院”）等离子体物理研究所建设的“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置。

近年来，这台形似巨型甜甜圈的装置，其长脉冲高约束模运行时间不断延长，先后实现60秒、100秒、403秒、1066秒等重大突破，在一次次地刷新纪录中，“无限清洁能源”的梦想正照进现实。

与此同时，研究人员围绕“人造太阳”装置的科研需求开展攻关，推动一系列衍生成果同步落地，转化为高端仪器。

太赫兹诊断系统就是科研人员在“人造太阳”需求驱动下研发的关键核心技术。在核聚变研究中，上亿摄氏度高温的等离子体无法用实体探针探测，太赫兹诊断系统便成为关键“眼睛”，它借助太赫兹波无损穿透等离子体内部，既能捕捉微秒级的瞬时变化，也能分辨毫米级微小结构，通过实时监测等离子体状态，为“人造太阳”安全稳定运行筑牢技术支撑。

依托太赫兹诊断系统，团队成立安徽中科太赫兹科技有限公司开展工程化转化，成功研制出主动式太赫兹人体成像安检仪、太赫兹激光透射成像系统等高端仪器。主动式太赫兹人体成像安检仪是国内唯一采用太赫兹波段的高端安检装备，兼具无接触、检测高效、精度出众、隐私保护性强等优势，有效解决了传统安检效率低下、用户体验不佳等问题。由该技术转化而来的地铁安检设备，理想情况下的检测效率可达2秒/人，目前已在合肥、青岛、天津等城市轨道交通网络投入应用，守护公众出行安全。此外，相关技术成果还广泛应用于海关监管、矿山检测、监狱安防、法院安检、烟草生产等多个场景。

随着大科学装置集群效应不断彰显，一批批创新科学仪器正加速在江淮大地落地生根。“近年来，我们努力把握规律，打破‘装置仅用于科研’的认知，将大科学装置衍生技术作为高端仪器自主创新的源头，推动装置技术从‘实验室’走向‘生产线’，打通大科学装置与高端仪器产业之间的转化壁垒。”安徽省发展改革委相关负责人表示。

衍生技术破解仪器“卡脖子”难题

高端仪器的核心竞争力，在于关键核心技术自主可控。

大科学装置在攻关前沿科学难题过程中，为实现超高温、超低温、超高真空、超强磁场等极端实验条件，需要突破高功率加热、大型低温系统、超高真空获得、高场超导磁体、高精度诊断测量等一系列尖端核心技术，这些技术也成为解决高端仪器“卡脖子”难题的关键。

近年来，安徽依托大科学装置的技术积淀，聚焦高端光谱仪器、极低温制冷设备、量子精密测量仪器、医疗检测仪器等关键领域，组织产学研用协同攻关，突破一批关键核心技术，实现部分领域高端仪器国产替代。

科研人员基于“人造太阳”研制中发展的超导磁体、射频、离子源等技术，研发出超导质子治疗系统，可精确高效治疗人体肿瘤。传统放疗将X射线射向肿瘤并穿透肿瘤，这一过程中不可避免地损害附近健康组织。而质子治疗通过控制质子束的能量来调整布拉格峰在人体内停留的位置，使高剂量区精准覆盖肿瘤靶区，最大限度保护肿瘤周围正常组织。

“过去，质子治疗设备需从国外进口，一个疗程治疗费用20万～30万元。国产超导质子治疗系统正式投入使用后，设备成本和运维费用有望降低约三分之一。”合肥中科离子医学技术装备公司有关负责人介绍。

同样聚焦物质科学与生命健康领域，坐落于“科学岛”的稳态强磁场大科学装置，能够产生目前全球可用于科学研究的最高稳态磁场，其衍生的精密测量、结构解析技术，为高端医疗仪器与分析仪器的研发提供技术赋能。

合肥研究院刘青松团队依托强磁场技术，研发出精准肿瘤用药检测仪器，为数千名肿瘤患者提供个性化诊疗方案，相关仪器实现量产。“核磁技术对解析药物结构、筛选药物具有非常重要的作用。”刘青松说，对于化学合成的小分子，在强磁场下可以清晰地确认其结构。

在量子科技领域，依托空地一体量子精密测量实验设施突破的量子精密测量技术，成功转化为量子磁力仪、量子陀螺仪等高端测量仪器，在地质勘探、航空航天、医疗诊断等领域展现出巨大应用潜力。同步辐射光源大科学装置衍生的光谱分析、材料检测技术，转化为高端光谱仪器，广泛应用于新能源、新材料、环境监测等行业，助力产业提质升级。

安徽围绕大科学装置衍生技术，已在等离子体诊断、超导材料、太赫兹激光、精密测量等领域突破百余项关键核心技术，数十款高端科学仪器实现国产替代，填补国内技术空白。

机制赋能打通成果转化堵点

大科学装置技术衍生高端仪器，关键在于成果转化的“最后一公里”。这并非简单的技术输出，而是从实验室原型机到产业化产品的系统工程，要打通需求对接、中试验证、人才适配、资金支持、政策保障等堵点。

立足大科学装置集聚优势，安徽以“沿途下蛋”理念破解转化难题，构建“政产学研金服用”深度融合的创新生态。依托核聚变、强磁场、先进光源等装置集群，全省已累计衍生200余项科技成果，孵化近50家科技型企业，推动聚变能源、量子信息等未来产业加速崛起，让大科学装置技术高效转化为市场认可的高端仪器。

安徽中科光栅科技有限公司，正是这一模式下的鲜活样板。依托合肥光源核心光栅技术，科研团队以知识产权作价入股成立公司，专注光栅研发与规模化量产。目前，公司自主研发的产品成功突破大口径光栅制造瓶颈，实现高端光学仪器关键部件的国产化替代，为我国半导体检测、航天装备等领域补上了关键核心技术自主可控短板。

“合肥综合性国家科学中心重大成果转化库专项资金、地方股权机构投资等，为我们技术攻关提供了真金白银的坚实保障。”中科光栅负责人表示。

大科学装置建设、运行中产出的科研成果能够快速产业化，离不开制度护航。安徽出台《安徽省深化科技体制机制改革构建以企业为主体的科技创新体系实施方案》，要求完善科技研发“沿途下蛋”机制，建设前沿技术概念验证中心，支持企业建设科技成果转化中试（培育）基地等。安徽省科技厅在省科技创新攻坚计划中专门设置高端科学仪器技术方向，2025年支持仪器整机和关键部件攻关10项，金额达5300万元，为科学仪器创新筑牢制度根基。

在此基础上，安徽还以产学研用协同攻关破解工程化关键堵点。推动合肥研究院、中国科学技术大学等高校院所与企业深度合作，搭建大科学装置衍生技术研发中心、工程化验证平台，针对仪器研发中的工艺优化、批量生产、可靠性提升等关键问题联合攻坚。

当前，更多科学仪器创新项目正加快落地见效。位于合肥市庐阳区的合肥科学仪器产业园一期目前已经建成，企业正陆续入驻，二期正加紧建设。作为高端科学仪器产业核心载体，项目将打造全链条产业支撑体系，建设综合服务中心，布局研发、中小试、检测、实验、生产制造等功能板块，配套孵化器、加速器及附属工程，为产业集群化发展夯实空间载体。

“下一步，我们将持续畅通转化渠道、放大平台优势，加快转化大科学装置衍生技术成果，为高端科学仪器研发、中试熟化与产业化落地提供全周期服务，助力打造特色鲜明的科学仪器产业创新高地。”合肥市庐阳区区长杨丙红说。■