浆态床实验装置

p　　2008年5月，由中科院合肥物质院强磁场科学中心承担的稳态强磁场实验装置项目启动 2011年7月，试验磁体通电测试成功 2016年11月，混合磁体大口径外超导磁体研制成功 2017年2月，专家组对混合磁体工艺测试完成验收 2017年9月27日，“稳态强磁场实验装置”通过国家验收，验收专家组给予了很高评价，认为项目全面完成了建设目标，各项关键参数达到或超过设计指标，“技术和性能达到国际领先水平”。/pp　　九年时间里，强磁场的科研人员完成了一个又一个跨越，使我国成为国际五大稳态强磁场研究机构之一，中国的强磁场科学技术事业迈上了一个新台阶。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/869ce1bd-adaa-4e62-b5da-a9ff1c35ab0b.jpg" title="1_副本.jpg"//pp style="text-align: center "①2016年底混合磁体首次调试成功。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/c43cc087-9520-4092-b997-350c4e51976e.jpg" title="2_副本.jpg"//pp style="text-align: center "②安装在水冷磁体上的扫描隧道显微镜。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/db639ee9-02c5-409b-8e70-117373bf43d4.jpg" title="3_副本.jpg"//pp style="text-align: center "③混合磁体。/pp　　strong“极端条件就是把不可能变成可能”/strong/pp　　高秉钧是中科院强磁场科学中心首席科学家，也是“稳态强磁场实验装置”项目总工程师。他对记者说：“物质在强磁场情况下会改变它本身的电子态，从而产生新的现象。强磁场是一个极端条件,我们在设计和研制稳态强磁场实验装置过程中，常会遇到许多难以克服的困难，甚至是无路可走。我们必须坚持不懈，实现超越，把不可能变成可能。”/pp　　强磁场是调控物质量子态的重要参量，在发现新现象、揭示新规律、探索新材料、催生新技术等方面具有不可替代的作用。自1913年以来，已有多项与磁场相关成果获诺贝尔奖，因此，强磁场极端条件已成为科技界公认的探索科学宝藏的“国之重器”。我国因缺乏相应的强磁场条件，屡次错失在物质科学等诸多领域开展前沿探索的机遇。/pp　　据了解，“稳态强磁场实验装置”是一个针对多学科实验研究需要的强磁场极端实验条件设施，包括十台强磁场磁体装置和六大类实验测量系统。/pp　　混合磁体由内部水冷磁体和外部超导磁体组合而成，是追求更高稳态极端场强的首选，但此前国际上已有多个失败案例，而我国在高场超导磁体技术方面的基础较为薄弱，项目所有科研人员都面临着巨大挑战。/pp　　对水冷磁体而言，必须解决材料和结构的优化选择、巨大电磁力和发热问题，与之配套的数千万瓦级的稳态直流电源系统、低温冷却系统、去离子水冷却系统等均是一个个不容置疑的难关。/pp　　谨慎起见，超导磁体组决定先研制一款磁场强度低、口径小，但选材、加工工艺完全相同的试验磁体，试验磁体在2011年7月通电测试成功。混合磁体研制真正开始之后，所有科研人员都秉持着一种谨慎严肃的工作状态，为了达到验收要求而不断努力着。/pp　　strong国际领先水平的科学实验系统/strong/pp　　水冷磁体WM1原设计是超世界纪录的38.5T,但在磁体组装后的预测试中，科研人员却发现磁场强度比预期的要低得多，且已是板上钉钉，超纪录无望了。水冷磁体总设计高秉钧带领工作人员排查原因，最终发现绝大部分bitter片厚度不是原设计的0.27毫米，而是0.29~0.30毫米。/pp　　高秉钧说：“面对几千片bitter片，我们就用天平称重量、算体积，来实测每片的实际厚度。将实测厚度的bitter片优化配置，重新组合，使组装的磁体达到原设计的目标。”这样，WM1最终实现了38.5T的磁场强度，打破水冷磁体场强世界纪录。/pp　　2016年底混合磁体首次调试，磁场强度达到40特斯拉，符合工程验收指标。就在科研人员欢欣鼓舞之时，磁体系统却发生了故障。春节将至，项目组的人却集中在场地，不断调试设备排除故障。/pp　　大年三十上午八点，装置准时通电测试，所有人在文化走廊吃了一顿简单而又难忘的“年夜饭”。但是那天因为降温没到位，再一次失败了。项目组的科研人员在春节假期继续加班，大年初四，混合磁体终于通电励磁，再次成功。/pp　　经过多年自主创新，强磁场研制团队打破国际技术壁垒，成功克服关键材料国际限制、关键技术国内空白等重大难题，建成继美国之后世界第二台40T级混合磁体，建立了国际领先水平的科学实验系统，实现了我国稳态强磁场极端条件的重大突破。/pp　　“稳态强磁场实验装置”国家验收意见中写道：“项目提出了一种水冷磁体设计创新方案，发展了一套全程可量化检测的高精度装配工艺。建成的水冷磁体中有三台磁体的性能指标创世界纪录，其中两台保持至今 突破了800毫米室温孔径、磁场强度达10特斯拉的铌三锡超导磁体研制的技术难关，建成了40特斯拉稳态混合磁体装置，磁场强度世界第二 建成了国际首创水冷磁体扫描隧道显微镜系统、扫描隧道—磁力—原子力组合显微镜系统，以及强磁场下低温、超高压实验系统，使得我国稳态强磁场相关实验条件达到国际领先水平。”/pp　　strong“边建设边开放”的管理新模式/strong/pp　　强磁场下的应用研究对于高技术产业具有很强的催生和带动作用，“强磁场效应”其实就在我们身边。/pp　　高秉钧介绍道：“大家都比较熟悉的医院的核磁共振成像、磁悬浮列车等就运用了强磁场技术。此外，强磁场在化学合成、特殊材料、生物技术、医药健康等多种新技术研发方面都有可能发挥关键作用，孕育新的发明。”/pp　　据了解，强磁场有助于促进多学科交叉研究，尤其是生命科学、物理学、材料与化学、新技术之间的交叉研究。2014年，合肥物质院技术生物所吴跃进研究组和强磁场科学中心钟凯研究组合作，研究了造影剂对水稻生长的潜在影响，并用磁共振成像技术获得了造影剂在根系中的动态信息。这也是世界上首次利用造影剂研究磁共振成像技术在水稻根系无损检测中的应用，为植物根系研究提供了一种新的研究方法。/pp　　在中科院“十二五”验收中，“强磁场科学与技术”重大突破入选院“双百”优秀。2017年3月，中共中央政治局委员、国务院副总理刘延东视察装置，对团队取得的成绩给予了充分肯定。/pp　　同时，项目提出并实践了国家大科学装置“边建设边开放”管理新模式。从2010年试运行以来装置已经为包括北大、复旦、中科大、浙大、南大、中科院物理所、中科院固体物理所、上海生科院、福建物构所等在内的百余家用户单位提供了实验条件，有力支撑了强磁场下前沿研究，产出了一大批具有国际影响力的科研成果。/pp　　随着稳态强磁场装置工程建设的推进，一支能打硬仗的强磁场技术攻关队伍在锻炼中成长。稳态强磁场实验装置将成为科学研究、科技发展的创新源头，将为合肥综合性国家科学中心的建设贡献更多的科技力量。/p

近期，重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”在合肥通过验收，使我国成为继美国、法国、荷兰、日本之后五个拥有稳态强磁场的。而在北京怀柔，另一个大科学装置——“综合端条件实验装置”也启动建设。听起来，“稳态强磁场”“综合端条件”都很陌生，它们都属于重大科技基础设施。为什么要建这样的设施，对于科学研究来说，这两个大装置有着什么样的重要意义呢？ 稳态强磁场实验装置 磁现象是物质的基本现象之一。科学研究早已证实，当物质处在磁场中，其内部结构可能发生改变，磁场因而一直是研究物理等诸多学科的一种非常有用的工具。物质结构和状态在强磁场环境下都可能发生变化，呈现出多样的物理、化学现象和效应。磁场强度越高，物质的变化就越为明显，也就越有利于新的科学发现，就像显微镜放大10000倍比放大10倍能告诉研究人员更多一样。但是，磁场强度的提高，每一步都走得很艰难。强磁场中心的“稳态强磁场实验装置”达到了40万高斯的磁场强度，这是二十几年来，上几个有实力的都在尝试的目标。中国科学院强磁场科学中心（图中设备为磁性测量设备mpms，图片来源于网络)混合磁体装置（已产生稳态磁场强度达40t、二高场强，图片来源于网络） 强磁场是现代科学实验重要的端条件之一。在强磁场这种端条件下，物质的特性可以被调控，这就给科学家提供了研究新现象、发现新技术的机遇。因此场也被称为诺贝尔奖的摇篮，包括1985年和1998年诺贝尔物理奖的整数和分数量子霍尔效应、2003年获得诺贝尔奖的核磁共振成像技术。从生命科学到医疗技术，从化学合成到功能材料̷̷在各个科学领域，强磁场都是科学家们渴求的研究环境。 ”稳态强磁场实验装置”运行期间，为清华、北大、复旦、中科大等106家用户单位的1500余项课题提供了实验条件，产出了一大批具有国际影响力的科研成果。综合端条件实验装置 任何物质都是在一定的物理条件下形成的，通过使物理实验条件达到端状态，可以形成许多在常规物理条件下不能得到的新物质和新物态。综合端条件实验装置是指综合集低温、超高压、强磁场和超快光场等端条件为一体的用户装置。就在“稳态强磁场实验装置”通过验收的二天，我国在北京市怀柔科学城启动建设“综合端条件实验装置”，比“稳态强磁场实验装置”更进一步。 综合端条件实验装置启动（图片来源于网络） 项目席科学家、中科院物理研究所研究员吕力（quantum design 公司产品用户）说：“比如低温可以抑制物质中电子、原子的无规运动；强磁场作为可以调控的热力学参量，能够改变物质的内部能量；超高压可以有效缩短物质的原子间距，增加相邻电子轨道的重叠，从而改变物质的晶体结构，以及原子间的相互作用，形成全新的物质状态；超快激光则具有无与伦比的超快时间特性，快速变化的光场是人们能够操作并且控制的快物理量。” 综合端条件实验装置建成之后，将是国际上集低温、超高压、强磁场和超快光场等端条件为一体的用户装置，在非常规超导、拓扑物态、量子材料与器件等领域，提供实验手段的支撑，进而为相关材料的人工设计与制备，以及诸多科学难题的破解提供前所未有的机遇。 稳态强磁场实验装置、综合端条件实验装置等的重大科技基础设施，是科学家们进行科学研究的重要平台，也是提升科研水平的利器。它们的建成，既是我国科研人员创新进取的成果，也将以巨大的磁力，吸引更多人才从事相关领域的研究，推动我国基础领域的科学研究进一步走向前沿。文章原文部分摘自：cctv焦点访谈、人民网 相关产品链接： mpms3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17089.htmppms 综合物性测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17086.htm完全无液氦综合物性测量系统 dynacool：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c18553.htm多功能振动样品磁强计 versalab 系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c19330.htm超精细多功能无液氦低温光学恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c122418.htm低温热去磁恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c201745.htmmicrosense 振动样品磁强计：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c194437.htm智能型氦液化器 (ATL)：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c180307.htm

近日，记者从中国科学院上海高等研究院获悉，首台国产质子治疗装置第一注册单元的固定束和180度治疗室完成临床试验，总计47名受试者完成治疗。在3个月的访视期结束后，该装置有关项目组将向国家卫健委器审中心提交资料，申请医疗器械注册证。这标志着国产首台质子治疗装置向注册上市迈出关键性的最后一步，国产质子治疗装置的临床应用即将拉开帷幕。180度旋转束治疗室内开展的临床试验。（图源 新华社 ）初步结果显示，47名受试者中，部分患者所有分次治疗结束就达到肿瘤完全缓解程度，有一位颅底脊索瘤患者经过10次治疗开始恢复部分视力，所有患者目前均无不适主诉。整个治疗过程中，首台国产质子治疗装置运行稳定可靠，各项性能指标满足临床要求，临床团队表示，装置已达到可以正式临床运行的状态。有关负责人称，疫情结束后，装置的360度旋转束治疗室和眼束治疗室的调试与第三方检测工作将全面展开，力争年底完成注册检测并为第二注册单元的临床试验做好准备。疫情未减临床试验速度疫情期间，瑞金医院肿瘤质子中心入组180度旋转束治疗室的患者如期进行治疗，这是继固定束治疗室之后，国产质子治疗装置投入临床试验的第二间治疗室，也是首个国产180度旋转束治疗室。“这套系统能多角度精准照射到肿瘤部位，降低正常组织的辐射损伤。”瑞金医院副院长陈海涛介绍，“完成全球最先进的360度旋转支架临床试验，是我们下一步的工作目标。”据悉，国产质子治疗装置第一注册单元包含固定束和180度旋转束两个治疗室临床试验。根据临床试验方案入排标准和质子治疗指征严格筛选后，共47例患有头颈、胸部、腹部、盆腔和脊柱等全身不同部位实体肿瘤的受试者接受治疗，病情复杂、治疗难度大是他们共同的特点。瑞金医院放疗科主任陈佳艺表示，质子束流独特优越的物理性质可以大幅度降低正常组织的照射体积，从而有效减少放射治疗副作用，并将一部分在光子治疗技术下因为重要正常组织的辐射耐受性限制而无法治愈的肿瘤提供了可治愈的机会，在头颈部肿瘤、盆腔深部肿瘤、眼部肿瘤和儿童肿瘤等治疗中有不可替代优势，尤其有助于保留患者的生活质量。她以一位32岁的年轻病患为例介绍说：“病人因颅底脊索瘤几乎失明，病灶范围较广且毗邻重要组织结构。质子治疗在消灭肿瘤的同时，最大限度保护了重要组织，病人仅治疗约10次就已明显改善视力和视野。”记者采访获悉，部分临床试验经历了上海此轮疫情最严峻的时期，团队为保障治疗系统接收测试以及临床试验，闭环在瑞金医院肿瘤质子中心80余天，克服了各种困难和影响，保障所有受试者顺利完成预计治疗。接下来，团队将继续密切关注受试者随访情况，预计于2022年9月完成受试者3个月疗效和急性毒性反应随访后形成临床试验总结报告，提交产品注册申请，有望于2023年一季度向社会患者开放，正式投入临床使用。此外，360度旋转束和眼部治疗室的调试和第三方检测将在疫情后全面展开，力争年底完成注册检测并为第二注册单元两个治疗室的临床试验做好准备。治疗室背后的180度旋转机架。新华社记者方喆摄国内外对质子治疗装置的需求近年来快速增加，但这种大型精密医疗设备技术复杂、造价和运维费用高，国内该设备主要依靠进口，患者治疗成本居高不下。为实现质子治疗装置国产化，首台国产质子治疗示范装置研发项目于2012年正式立项。项目启动后，各参与单位不懈努力，在自主研制紧凑型同步加速器磁聚焦结构、高饱和强场磁铁、超低纹波磁铁电源、磁合金高频腔、注入引出切割器、精密定时、束流调制引出、旋转机架、点扫描治疗头、机器人治疗床、图像引导及呼吸运动管理等关键技术上取得突破。自主创新突破“卡脖子”现代抗肿瘤治疗的主要手段包括手术、药物和放射治疗三大类。其中，质子治疗代表了放射治疗技术的制高点，由美国科学家于20世纪40年代提出，并在21世纪初得到快速发展。值得关注的是，全球已建成质子治疗中心超过100家，但大多分布在欧美日等发达国家。我国的质子治疗装置依赖进口，建设成本和运营维护费用高，这既造成了治疗资源稀缺，也导致治疗费用高昂。质子装置的国产化，有望大幅降低设备成本和医疗成本，为众多恶性肿瘤患者提供可及性更高的先进治疗技术和设备。质子装置是上海又一大科学装置——上海光源“沿途下蛋”的结晶，瑞金医务人员和科学家团队、运维团队等团结一心、携手攻关，让这一治癌新技术也可以“飞”入寻常患者家。中科院上海高等研究院研究员、上海光源粒子束应用技术部副主任陈志凌告诉记者，同步加速器位列质子治疗装置核心技术的第一位，其国产突破得益于上海光源，它是一台高性能的第三代同步辐射光源，光源能量在全世界位居第四。国产质子治疗装置是上海光源的“缩小版”，更是“升级版”。“我们这台装置产生的能量能够满足临床治疗需要，原理都是同步加速器，大小约为上海光源的二十分之一，区别在于一个用的是质子，一个用的是电子。”陈志凌说。作为服务老百姓的医疗产品，装置还集成了许多医疗必需的治疗系统，这是上海光源所没有的。例如，笔形束点扫描技术将质子束精准打在不规则病灶的边缘和内部区域，图像引导与呼吸运动管理可以避免肿瘤随着呼吸移动而导致的误差，等等。质子装置的国产化之路经历过长期探索。据中国工程院院士、中科院上海高等研究院研究员、上海光源科学中心主任赵振堂介绍，首台国产质子治疗装置2012年立项，在上海市自主创新和高新技术产业发展重大项目以及“十三五”时期科技部重点研发项目支持下进行，中科院上海应用物理研究所、中科院上海高研院上海光源科学中心、上海艾普强粒子设备有限公司、瑞金医院及相关厂家合作研发，携手促进产、学、研、医协作融合发展。位于瑞金医院肿瘤质子中心的质子同步加速器。新华社记者方喆摄不止于“0到1”的突破不只是设备的“0到1”突破，更重要的是“1到100”的产业化进程。据了解，成本和治疗效率决定了质子治疗装置市场化的可能。该装置计划将建设成本降低到进口装置的80％，运维成本降低到60％。另外，从投入临床应用开始，一台质子治疗装置通常在三年以后达到最高效的使用状态。“需要接受放射治疗的肿瘤患者有很多，但质子治疗能够提供的服务在目前阶段还是非常有限，我们必须选出其中最能从质子治疗中获益的病人。在现有的光子治疗装置已经能获得很满意的疗效和很低的副作用的情况下，我们不会优先推荐质子治疗。”陈佳艺说。6月3日，上海联合投资有限公司、瑞金医院和上海艾普强粒子设备有限公司在原来《推进国产质子治疗装置产业化合作协议》的基础上，共同签署质子治疗项目瑞金方案推广应用合作协议，可复制、可推广的肿瘤质子中心一体化建设“瑞金方案”正在形成。陈海涛阐述说，肿瘤质子中心“瑞金方案”即在首台国产质子治疗示范装置研制，以及瑞金医院肿瘤质子中心建设中总结凝练的智慧和经验。包括质子的装置研制、产品升级、治疗指南、运行管理、经营效益以及质子中心筹建等各个方面，从临床需求、应用、验证、推广等多个维度，形成肿瘤治疗的系统性、标准化、规范化的推广方案。“我们不只是要做出一个设备，未来的目标更是把质子治疗的可复制方案推广出去，在核心技术方面实现质子治疗装置小型化，在诊断技术上形成一系列的配套标准和规范。”宁光说，“肿瘤的发病率居高不下，患者跋涉千里来到上海负担很重。未来，我们希望在一些地级市推广建立小型的肿瘤中心，进一步降低治疗费用。”