大科學裝置在攻關前沿科學難題過程中，為實現超高溫、超低溫、超高真空、超強磁場等極端實驗條件，需要突破高功率加熱、大型低溫系統、超高真空獲得、高場超導磁體、高精度診斷測量等一系列尖端核心技術，這些技術也成為解決高端儀器「卡脖子」難題的關鍵
「過去，質子治療設備需從國外進口，一個療程治療費用20萬～30萬元。現在國產超導質子治療系統正式投入使用後，設備成本和運維費用有望降低約三分之一。」
依託核聚變、強磁場、先進光源等裝置集群，全省已累計衍生200餘項科技成果，孵化近50家科技型企業，推動聚變能源、量子信息等未來產業加速崛起，讓大科學裝置技術高效轉化為市場認可的高端儀器
文 |《瞭望》新聞周刊記者 姜剛 戴威
在科技創新和產業創新深度融合的浪潮中，大科學裝置已成為推動科技創新的關鍵利器。目前，安徽已建、在建和預研大科學裝置13個，其中合肥未來大科學城9個裝置集結成片，成為全國大科學裝置最密集、創新能級最高的區域之一。
大科學裝置在向技術高峰進發的過程中，不僅攻關原創重大科技難題，也「沿途下蛋」，將階段性成果及時轉化為現實產品或應用。近年來，安徽充分發揮全超導托卡馬克、穩態強磁場等大科學裝置集群優勢，正走出一條「裝置攻關—關鍵技術突破—科學儀器衍生—產業轉化落地」的科學儀器自主創新之路。
國之重器牽引科學儀器研發
在位於安徽省合肥市西郊的「科學島」上，靜靜矗立著一座由中國科學院合肥物質科學研究院（下稱「合肥研究院」）等離子體物理研究所建設的「人造太陽」——全超導托卡馬克核聚變實驗裝置。
近年來，這台形似巨型甜甜圈的裝置，其長脈衝高約束模運行時間不斷延長，先後實現60秒、100秒、403秒、1066秒等重大突破，在一次次地刷新紀錄中，「無限清潔能源」的夢想正照進現實。
與此同時，研究人員圍繞「人造太陽」裝置的科研需求開展攻關，推動一系列衍生成果同步落地，轉化為高端儀器。
太赫茲診斷系統就是科研人員在「人造太陽」需求驅動下研發的關鍵核心技術。在核聚變研究中，上億攝氏度高溫的等離子體無法用實體探針探測，太赫茲診斷系統便成為關鍵「眼睛」，它藉助太赫茲波無損穿透等離子體內部，既能捕捉微秒級的瞬時變化，也能分辨毫米級微小結構，通過實時監測等離子體狀態，為「人造太陽」安全穩定運行築牢技術支撐。
依託太赫茲診斷系統，團隊成立安徽中科太赫茲科技有限公司開展工程化轉化，成功研製出主動式太赫茲人體成像安檢儀、太赫茲激光透射成像系統等高端儀器。主動式太赫茲人體成像安檢儀是國內唯一採用太赫茲波段的高端安檢裝備，兼具無接觸、檢測高效、精度出眾、隱私保護性強等優勢，有效解決了傳統安檢效率低下、用戶體驗不佳等問題。由該技術轉化而來的地鐵安檢設備，理想情況下的檢測效率可達2秒/人，目前已在合肥、青島、天津等城市軌道交通網路投入應用，守護公眾出行安全。此外，相關技術成果還廣泛應用于海關監管、礦山檢測、監獄安防、法院安檢、煙草生產等多個場景。
隨著大科學裝置集群效應不斷彰顯，一批批創新科學儀器正加速在江淮大地落地生根。「近年來，我們努力把握規律，打破『裝置僅用於科研』的認知，將大科學裝置衍生技術作為高端儀器自主創新的源頭，推動裝置技術從『實驗室』走向『生產線』，打通大科學裝置與高端儀器產業之間的轉化壁壘。」安徽省發展改革委相關負責人表示。
衍生技術破解儀器「卡脖子」難題
高端儀器的核心競爭力，在於關鍵核心技術自主可控。
大科學裝置在攻關前沿科學難題過程中，為實現超高溫、超低溫、超高真空、超強磁場等極端實驗條件，需要突破高功率加熱、大型低溫系統、超高真空獲得、高場超導磁體、高精度診斷測量等一系列尖端核心技術，這些技術也成為解決高端儀器「卡脖子」難題的關鍵。
近年來，安徽依託大科學裝置的技術積澱，聚焦高端光譜儀器、極低溫製冷設備、量子精密測量儀器、醫療檢測儀器等關鍵領域，組織產學研用協同攻關，突破一批關鍵核心技術，實現部分領域高端儀器國產替代。
科研人員基於「人造太陽」研製中發展的超導磁體、射頻、離子源等技術，研發出超導質子治療系統，可精確高效治療人體腫瘤。傳統放療將X射線射向腫瘤並穿透腫瘤，這一過程中不可避免地損害附近健康組織。而質子治療通過控制質子束的能量來調整布拉格峰在人體內停留的位置，使高劑量區精準覆蓋腫瘤靶區，最大限度保護腫瘤周圍正常組織。
「過去，質子治療設備需從國外進口，一個療程治療費用20萬～30萬元。國產超導質子治療系統正式投入使用後，設備成本和運維費用有望降低約三分之一。」合肥中科離子醫學技術裝備公司有關負責人介紹。
同樣聚焦物質科學與生命健康領域，坐落於「科學島」的穩態強磁場大科學裝置，能夠產生目前全球可用於科學研究的最高穩態磁場，其衍生的精密測量、結構解析技術，為高端醫療儀器與分析儀器的研發提供技術賦能。
合肥研究院劉青松團隊依託強磁場技術，研發出精準腫瘤用藥檢測儀器，為數千名腫瘤患者提供個性化診療方案，相關儀器實現量產。「核磁技術對解析藥物結構、篩選藥物具有非常重要的作用。」劉青松說，對於化學合成的小分子，在強磁場下可以清晰地確認其結構。
在量子科技領域，依託空地一體量子精密測量實驗設施突破的量子精密測量技術，成功轉化為量子磁力儀、量子陀螺儀等高端測量儀器，在地質勘探、航空航天、醫療診斷等領域展現出巨大應用潛力。同步輻射光源大科學裝置衍生的光譜分析、材料檢測技術，轉化為高端光譜儀器，廣泛應用於新能源、新材料、環境監測等行業，助力產業提質升級。
安徽圍繞大科學裝置衍生技術，已在等離子體診斷、超導材料、太赫茲激光、精密測量等領域突破百餘項關鍵核心技術，數十款高端科學儀器實現國產替代，填補國內技術空白。
機制賦能打通成果轉化堵點
大科學裝置技術衍生高端儀器，關鍵在於成果轉化的「最後一公里」。這並非簡單的技術輸出，而是從實驗室原型機到產業化產品的系統工程，要打通需求對接、中試驗證、人才適配、資金支持、政策保障等堵點。
立足大科學裝置集聚優勢，安徽以「沿途下蛋」理念破解轉化難題，構建「政產學研金服用」深度融合的創新生態。依託核聚變、強磁場、先進光源等裝置集群，全省已累計衍生200餘項科技成果，孵化近50家科技型企業，推動聚變能源、量子信息等未來產業加速崛起，讓大科學裝置技術高效轉化為市場認可的高端儀器。
安徽中科光柵科技有限公司，正是這一模式下的鮮活樣板。依託合肥光源核心光柵技術，科研團隊以知識產權作價入股成立公司，專註光柵研發與規模化量產。目前，公司自主研發的產品成功突破大口徑光柵製造瓶頸，實現高端光學儀器關鍵部件的國產化替代，為我國半導體檢測、航天裝備等領域補上了關鍵核心技術自主可控短板。
「合肥綜合性國家科學中心重大成果轉化庫專項資金、地方股權機構投資等，為我們技術攻關提供了真金白銀的堅實保障。」中科光柵負責人表示。
大科學裝置建設、運行中產出的科研成果能夠快速產業化，離不開制度護航。安徽出台《安徽省深化科技體制機制改革構建以企業為主體的科技創新體系實施方案》，要求完善科技研發「沿途下蛋」機制，建設前沿技術概念驗證中心，支持企業建設科技成果轉化中試（培育）基地等。安徽省科技廳在省科技創新攻堅計劃中專門設置高端科學儀器技術方向，2025年支持儀器整機和關鍵部件攻關10項，金額達5300萬元，為科學儀器創新築牢制度根基。
在此基礎上，安徽還以產學研用協同攻關破解工程化關鍵堵點。推動合肥研究院、中國科學技術大學等高校院所與企業深度合作，搭建大科學裝置衍生技術研發中心、工程化驗證平台，針對儀器研發中的工藝優化、批量生產、可靠性提升等關鍵問題聯合攻堅。
當前，更多科學儀器創新項目正加快落地見效。位於合肥市廬陽區的合肥科學儀器產業園一期目前已經建成，企業正陸續入駐，二期正加緊建設。作為高端科學儀器產業核心載體，項目將打造全鏈條產業支撐體系，建設綜合服務中心，布局研發、中小試、檢測、實驗、生產製造等功能板塊，配套孵化器、加速器及附屬工程，為產業集群化發展夯實空間載體。
「下一步，我們將持續暢通轉化渠道、放大平台優勢，加快轉化大科學裝置衍生技術成果，為高端科學儀器研發、中試熟化與產業化落地提供全周期服務，助力打造特色鮮明的科學儀器產業創新高地。」合肥市廬陽區區長楊丙紅說。■
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