中国散裂中子源迈出产业应用第一步,中科院3

来源:http://www.020tL.com 作者:云顶集团官方网站 人气:102 发布时间:2019-09-23
摘要:万物互联时代,路灯,除了照明还能干什么?在深圳举办的第20届高交会上,广州中国科学院软件应用技术研究所的科技工作者带来一个集成了“视频监控、公共Wi-Fi、新能源充电桩、应

万物互联时代,路灯,除了照明还能干什么?在深圳举办的第20届高交会上,广州中国科学院软件应用技术研究所的科技工作者带来一个集成了“视频监控、公共Wi-Fi、新能源充电桩、应急报警、户外电子屏、环境检测”等应用于一身、令人脑洞大开的路灯杆。工程师武会添介绍说,城市路灯范围广、取电方便、具有成本低、部署快捷等特点,以路灯杆为城市物联网感知的基本载体,能快速接入智慧城市各领域的传感设备,成为智慧城市的理想载体。

科技服务社会,创新引领发展 中科院300多项创新成果亮相第二十届高交会

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中国散裂中子源迈出产业应用第一步

11月14日—18日,第二十届高交会在深圳会展中心举行,中科院组团并以专馆形式参加了本届高交会,专馆以“科技服务社会,创新引领发展”为主题,设立有”前沿科技、数字 、先进制造、生命科学、双创”等多个展示板块,中科院所属40多家单位带来参展项目共计300余项。记者看到,包括高能物理所参展的中国散裂中子源、青藏高原所的第三极地球系统科学研究进展、上海应用物理研究所的首台国产质子治疗示范装置等众多尖端、前沿科技成果在本届高交会集中亮相。

手一挥,不用遥控器,机器小车“乖乖”前行;心脏是否健康?全息投影系统让你看个清楚;一根灯杆,隐藏着智慧城市的诸多“秘技”……在第二十届高交会上,中科院旗下46家院所组团参展并带来一系列“颠覆性”技术创新成果,让人叹为观止。

云顶集团官方网站 ,3月25日,中国科学院高能物理研究所发布消息称,建在广东东莞的中国“十一五”国家重大科技基础设施——中国散裂中子源,已按期、高质量完成全部工程建设任务。图为中国散裂中子源装置园区鸟瞰图。中新社发中科院高能所供图

提到大科学装置,不少人或许会想到“大工程”“科学重器”,也有人心里纳闷:这跟我有什么关系?在东莞市大朗镇,就有一个不仅面向国家重大战略需求,同时也服务国民经济发展的大科学装置——中国散裂中子源。

中国散裂中子源是国家“十一五”重大科技基础设施,是我国首台脉冲型散裂中子源,与世界上正在运行的美国散裂中子源、日本散裂中子源和英国散裂中子源一起,被称为“世界四大脉冲散裂中子源”。前不久,该项目已顺利通过国家验收并投入运行,将为我国材料科学技术、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究手段。

本届高交会于11月14日至18日在深圳举办,共有41个国家、地区和国际组织的3356家展商逾万个项目参展。其中,位于5号馆的中科院专馆以“科技服务社会,创新引领发展”为主题,参展项目涵盖前沿科学、先进制造、生命科学、“双创”等展示内容。

中国科学院高能物理研究所3月25日发布消息说,建在广东东莞的中国“十一五”国家重大科技基础设施——中国散裂中子源,已按期、高质量完成全部工程建设任务。这一被誉为“超级显微镜”的大科学装置,当天通过了中科院组织的工艺鉴定和验收。

8月11日,作为世界四大散裂中子源之一,中国散裂中子源迈出了产业应用的第一步。这一天,中科院高能物理研究所与东阳光集团联手,正式开展“硼中子俘获治疗项目”的攻关。

青藏高原所是专门从事青藏高原研究的专业机构,围绕青藏高原隆升过程及其对亚洲和北半球气候环境影响这一核心科学问题,青藏高原所开展了青藏高原地球动力、地表过程与环境变化,以及极端环境下生物的生态适应性及生物遗传资源等前沿研究,为泛第三极地区的可持续发展提供了科学支撑,探索了地球系统科学研究的新模式,推动我国青藏高原研究事业进入国际第一方阵。面向国家对青藏高原研究的战略需求,聚焦水、生态、人类活动,研究所于2017年8月19日牵头启动了第二次青藏高原综合科学考察研究,旨在查清与资源环境效应变化、资源环境承载力变化、亚洲水塔及影响变化、西风-季风相互作用与影响变化、人类活动对环境变化的影响与适应、灾害风险防治与生态屏障优化等。

肌电神经控制小车:未来人机融合的开端

中国散裂中子源为中国首台、世界第四台脉冲型散裂中子源,其建成填补了中国国内脉冲中子应用领域的空白,为中国材料科学技术、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究手段,对满足国家重大战略需求、解决前沿科学问题具有重要意义。

“这是中国散裂中子源成果转化的开端。”中科院高能物理所所长、中国科学院院士王贻芳说,按计划,今年9月,散裂中子源将会打出第一束中子,明年,整个工程建设和项目验收工作将全部完成。

上海应用物理研究所此次带来的是首台国产质子治疗示范装置研制项目。首台示范装置位于瑞金医院肿瘤质子中心,于2016年底开始安装,预计2020年开展临床治疗。装置采用同步加速器,产生质子束流能量幅度在70-235MeV,可满足不同种类、位置、深度的肿瘤定位及照射要求。据介绍,与传统放疗、化疗技术相比,质子治疗具有治愈率高、适应症广泛、副作用最小等特性,该项目的成功研制,打破了发达国家在该领域的技术垄断,对提升我国恶性肿瘤整体治疗水平,提高人民健康水平具有重大意义。

在高交会现场,中科院深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)展区,一款有趣的“肌电神经控制小车”在一米开外随着工作人员的手势在展台间穿梭如飞,时不时还会来个漂移。工作人员右手臂贴上传感器可以控制方向,左手可以控制速度,就像真正在开车一样。

中科院工艺鉴定验收专家委员会评价指出,中国散裂中子源性能全部达到或优于国家发改委批复的验收指标;装置整体设计科学合理,研制设备质量精良,调试速度快于国外的散裂中子源;靶站最高中子效率达到国际先进水平。

散裂中子源是干什么的?

在中科院深圳先进院展区,集中展出了该院建院12年来200余项重要科研成果,涵盖医疗健康、机器人与人工智能、大数据、新材料等多个领域。同时,高交会期间,中科院专馆还将举办“科学与中国”院士专家巡讲活动、“创客之夜” 大型创新创业交流活动、粤港澳大湾区青少年创新科学教育基地成员校授牌等重要活动,为观众带来一系列精彩纷呈的科技之旅。

记者在现场了解到,原来这采用的是深圳先进院神经工程研究中心主任李光林研究员课题组与深圳市润谊泰益科技有限公司在院企联合实验室框架下共同研发的国内首款具有自主知识产权的分布式表面肌电采集设备。

据介绍,中国散裂中子源通过自主创新和集成创新,在加速器、靶站、谱仪方面取得一系列重大技术成果:设备国产化率超过90%,显著提升了中国在磁铁、电源、探测器及电子学等领域相关产业技术水平和自主创新能力,使中国在强流质子加速器和中子散射领域实现重大跨越,技术和综合性能进入国际同类装置先进行列。

想看清原子、分子长什么样吗,想知道它们在做什么吗?那么,你可能需要一个超级厉害的“显微镜”。散裂中子源就是这个“超级显微镜”,它之所以能这么厉害,要归功于中子的神奇特性。

小车采用表面肌电信号进行控制,这是大脑神经活动信号经周围神经传导到肢体肌肉引发肌肉收缩产生的微伏电信号,包含丰富的神经肌肉功能信息。据现场工程师于文龙介绍,表面肌电信号具有采集方便,易操作等特点,可以广泛应用于人机融合、智能假肢、运动康复机器人、神经肌肉系统疾病诊疗、智能家居、虚拟现实反馈及游戏等领域。

中国散裂中子源是研究物质微观结构的“国之重器”,在材料科学和技术、生命科学、物理学、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域具有广泛应用前景。该装置将成为广东省正在建设的国家科技产业创新中心的核心单元,为粤港澳大湾区科技发展和产业升级作出重大贡献。

中子,是组成原子核的基本粒子之一,不带电、穿透力强。当一束中子打到被研究对象上时,它与研究材料中的粒子会发生相互作用,被散射出来,通过测量散射出来的中子能量和速度变化,就可以知道在原子、分子尺度上各种物质的微观结构和运动规律。

一根灯杆的秘密:智慧城市的重要载体

中国散裂中子源由中科院高能物理研究所承建,中科院物理研究所共建,2011年9月开工建设,工期6.5年,总投资约23亿元人民币,主要建设内容包括一台直线加速器、一台快循环同步加速器、一个靶站,以及一期三台供中子散射实验用的中子谱仪,是各种高、精、尖设备组成的整体。

散裂中子源,其实就是一个可以产生中子的装置。“50米的直线加速器,能加速负氢离子,并让其获得80兆电子伏特的能量,然后,质子进入环形加速器。通过环形加速,质子能达到16亿电子伏特。这么高能量的质子最后打到一块钨金属靶上,把中子‘撞’出来。”中国散裂中子源工程副经理傅世年告诉《中国科学报》记者。

路灯,除了照明,还能有什么用?广州中科院软件应用技术研究所(以下简称广州软件所)的科学家们可谓是脑洞大开:路灯,已经被他们打造成为了智慧城市物联网的重要载体。

2017年8月,中国散裂中子源首次打靶成功并获得中子束流,同年11月达到打靶束流功率的验收指标。2018年春节期间,科研人员继续进行紧张的调试运行,期间加速器运行稳定,首期三台中子谱仪,即通用粉末衍射仪、小角散射仪和多功能反射仪,都顺利完成样品实验。

作为探索物质微观结构的利器,散裂中子源可以为生命科学、材料科学、化学化工、物理,资源环境,先进能源等领域的研究和相关高新技术开发,提供强有力的研究手段,促进我国在重要前沿研究领域实现新突破,为多学科研究在国际上取得一流的创新性成果提供重要的技术条件保障。

记者在中科院展区看到,一根灯杆,竟然隐藏着智慧城市的诸多“秘技”:汽车充电桩、智能路灯、公共WI-FI、广播、摄像头安防、报警按键、对讲按钮、电子公告屏、环境监测等应用都被集成在了一个展示的灯杆上。

中科院高能物理研究所表示,中国散裂中子源建成后,将充分发挥一期三台谱仪在材料科学、生命科学、凝聚态物理和化学等领域的作用,为广大用户提供国际先进的研究平台。同时,根据专家委员会“中国散裂中子源应尽快达到设计指标,实现稳定运行”的建议,将尽快启动中国散裂中子源二期工程立项,开始后续谱仪建设,进一步提升束流功率。

散裂中子源不是唯一能产生中子的装置,我国还有两个反应堆中子源装置——中国先进研究堆和中国绵阳研究堆,它们可以提供连续中子束。而中国散裂中子源是我国唯一能通过加速器打靶产生中子的装置,它与世界上正在运行的美国散裂中子源、日本散裂中子源、英国散裂中子源一起,成为世界四大脉冲散裂中子源。

“城市物联网的一系列传感器都可以接入到路灯中,成为智慧城市的载体。”中科智城软件有限公司高级售前工程师武会添表示,物联网智慧灯杆,是由中科智公司结合广州软件所自主研发,面向智慧城市道路智能感知的新型物联网灯杆。

中子是怎么治疗癌症的?

据介绍,广州软件所还研发了智慧城市物联网综合管理云平台,充分利用路灯在城市中的优势,为当前智慧城市建设中的物联网传感器部署与传输提供新的解决方案,为智慧城市其它领域扩展建设的有效支撑。

治疗癌症,是中子与硼-10相遇后带来的“福利”。这种治疗方法被称为“硼中子俘获治疗”。

心脏状况可被全息投影,让你看个清楚

治疗过程类似一场细胞级别的定向爆破。首先,硼-10药物会“潜伏”进癌细胞,接着,中子让硼-10变成一个小炸弹,把癌细胞炸死,而不损伤附近的正常细胞。

心脏,是人体最重要的器官之一。参观高交会的一位白发长者,双手轻按一个像遥控器一样的心电信息采集器两端,10秒钟后,面前的裸眼3D屏幕上就显示出他患有室性早搏等心脏问题,实现心脏疾病的早期诊断,并由虚拟医护人员给出就医建议。

“我们会先给病人注射含硼-10的药物,这种药物与癌细胞有很强的亲和力,会迅速聚集到癌细胞内,而其他组织内分布很少。当硼-10被中子照射到时,通过核裂变,释放出杀伤力极强的射线。这种射线射程很短,只有一个细胞的长度,可以杀死癌细胞而不损伤周围组织。”深圳东阳光公司研究院副院长李建霖告诉《中国科学报》记者。

这套穿戴式心脏健康智能监测与分析系统是基于深圳先进院生物医学信息技术研究中心团队自主研发的医学专用芯片、生理信号采集设备及核心分析算法开发完成。系统通过全息投影更简单直观地向观众展示心脏正常及异常时的变化情况,让用户更好地了解心脏异常部位、心脏健康状况以及心脏健康知识。

硼中子俘获治疗可以实现细胞尺度的精准治疗,被认为是脑胶质瘤、黑色素瘤最佳治疗手段,并已用于肝癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌等其他脏器肿瘤的试治疗。

深圳先进院生物医学信息中心主任李烨表示,该系统创新的地方在于,它首次提出针对心电信号监测的时空异构深度网络模型,患者在突发心肌梗塞时,如果在家或楼下社区医院采用这套设备,可直接反应心梗在心脏的具体发生位置,这时投影系统中就会显示出心脏的这块区域“黑了”,心肌梗死检测准确率达98%。

早期的硼中子俘获治疗设备主要依赖于大型核反应堆提供中子,不便于建在人口稠密的城市中。近十年来,随着强流质子加速器技术的迅速发展,使得硼中子俘获治疗在医院的广泛使用成为可能。据了解,日本政府已将基于的加速器硼中子俘获治疗作为战略产业进行扶持,大步迈入产业化推广阶段。美国、英国、俄罗斯、韩国等多国也正在加紧研发。

中科院300多项创新成果亮相高交会

迈出“第一步”之后呢?

“未来10年,机器人将大为普及,走进千家万户。”在2006年的高交会上,深圳先进院院长樊建平在第一次率团参展时,就作出了这个大胆预言。如今,12年过去了,这个预言已经基本实现。

产生中子的第一步迈出去了,新的技术挑战也随之而来。“质子打靶产生中子,但在治疗过程中,我们需要能够有效控制中子能量,使其速度慢下来,达到治疗需要的能量,再通过整形集成,在治疗计划软件和测量系统的控制下,中子束照射病灶区域,达到杀灭癌细胞的功效。”中科院高能所技术发展与经营管理处处长马创新说。

20年荏苒,享有“中国科技第一展”美名的高交会,从1999年到2018年,一直承担着中国高新技术领域创新产品对外开放的重要使命。近年来,中科院在粤各类分支机构和转移转化平台发展迅猛,已经成为广东省创新体系中的重要力量。

另一方面,掺硼药物的开发也面临技术难点。“我们要保证健康组织和血液中的硼-10浓度要远小于肿瘤组织中的硼药浓度,以免杀伤正常组织细胞从而产生副作用,这就需要研发机构具有丰富的抗肿瘤药物开发经验和强大的化学合成能力。”李建霖说。

作为高交会的“资深”主办单位和重要展团,本届高交会上,中科院总布展面积5000平方米,共展出300多个项目。其中,深圳先进院携建院12年来200余项围绕健康与医疗、机器人、新能源新材料、大数据与智慧城市等领域的重要科研成果参展。

因此,双方将合作开展技术研发和产业化工作,先在中国散裂中子源园区建设国内首台基于加速器的硼中子俘获治疗装置,开展物理测量实验、掺硼药物细胞实验以及动物试验。然后升级改进设备,开展临床治疗,申请药监局医疗器械注册证,并最终完成首座商业化硼中子俘获治疗中心建设。

现场还展出中国散裂中子源、第三极地球系统科学研究进展、首台国产质子治疗示范装置研制、基于互联网融合的印染智能化生产系统等项目。其中,中国散裂中子源是我国“十一五”国家重大科技基础设施,于今年8月在东莞通过国家验收,投入正式运行。

对于中国散裂中子源来说,癌症治疗装置的开发这一步还只是散裂中子源技术推广的一小步。

为了让散裂中子源效用更充分地发挥出来,从建设伊始,中科院高能物理所就十分注重用户培养。“我国目前的中子散射用户还比较少,我们需要让他们知道中子散射技术可以帮他们实现创新研究的更高目标。”中科院高能物理所东莞分部中子科学部副主任梁天骄告诉记者,他们鼓励用户参与国际交流,并了解用户需求,如他们对样品环境的要求,对设备设计的意见,对数据处理、分析软件的建议等。

时至今日,背靠青山,“中国散裂中子源”七个红色大字分外显著。遥想2011年前的秋天,项目奠基之时,中国科学院院长、党组书记白春礼表示,散裂中子源工程的建设,是迎接新科技革命挑战,抢占未来经济、科技产业发展制高点、培育战略性新兴产业的需要。经过7年建设,原本在沙盘里才能看见的散裂中子源变成了现实,而下一步,就是满足战略需求,促进科技创新,服务民生发展。

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