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2020全球百佳技术转移案例38——欧洲核子研究中心(CERN)

2021-07-07 08:37:27     浏览数量: ?

一、基本简介

西欧中心鸟瞰图

欧洲核子研究中心(CERN)是世界著名的高能物理实验研究中心,成立于1954年,它位于法国和瑞士的交界处。秉持科学为和平、科学为社会的理念,CERN被视为重建欧洲科学辉煌的重要手段。CERN在学术基础研究方面拥有众多成果,同时坚持将所研发的技术和成果应用于产业,为欧洲经济社会带来积极作用。


在中国,经常把CERN称作“欧洲核子研究中心”。CERN成立后,研究领域以高能粒子为主,因此实验室也被称为欧洲粒子物理实验室。CERN是目前世界上最大的实验室,其大型强子对撞机 跨越瑞士和法国两个国家。

核子中心最初主要是从事原子核领域的研究,后来其功能和任务发生很大改变,但名称未再改动。经过半个多世纪的发展,“欧洲核子研究中心”已成为当今世界粒子物理前沿研究领域的领跑者,拥有质子同步回旋加速器、超级质子同步回旋加速器及目前世界上最高能量的大强子对撞机等全系列的粒子加速器系统。对人类的基础科学研究,推动新技术新发明及尖端人才培养做出了重要贡献,是目前唯一拥有联合国大会观察员资格的国际前沿基础研究组织。

CERN设立了6个科学系以及包含各种粒子加速器、探测器的综合试验设备。2017年,约有2700名博士生参与了欧洲核子研究中心的分析工作。同年CERN发表了300多篇科学论文,中心获得了约220万欧元的专利授权许可费等收入。在2018年完成77项内部信息披露和44项知识转让合同,使用CERN技术的衍生产品和初创企业全年共计28项。


按年份列出的发布项目

二、中心核心任务与结构
欧洲核子研究中心(CERN)是1954年由12个创始成员国建立的国际性组织,目前(2019年)有23个成员国,拥有职员2500名,其中接近一半的职员是科学家、三分之一的职员是技术人员,另外在世界各地还有1万-1.3万名科学家随时待命,参与项目计划工作。


CERN入口处的成员国国旗

CERN的核心任务是粒子物理基础研究。然而,作为公共资金资助的实验机构,其另一项职责是确保技术和专业知识尽可能让社会受益。无数科学家、工程师和技术人员在实验中开发的新技术和专业知识可应用于高能物理以外的领域,通过将这些技术转移给产业,进而使社会受益。CERN与各行各业的大中小企业、初创企业以及政策决策者们密切联系,以资助项目研发、建立商业孵化中心、授权知识产权、开展国际合作等多种方式推动知识转移。

CERN的加速器和探测器采用的是最先进的技术,CERN与工业部门的密切合作使双方受益。相关领域的附带发展现已融入人们的生活中,包括癌症治疗、医学和工业成像、辐射处理、电子学、测量仪器、新的加工工艺和新材料以及国际网络,而这些只不过是在CERN的粒子物理研究中开发出来的许多技术中的一部分。技术转让已经成为CERN开展基础研究这一主要任务不可缺少的一部分。

CERN的知识转移机构由商业发展部、知识产权管理和知识转移政策部、医学应用部3个部门组成,由Giovanni Anelli博士领导。机构主要为企业、研究人员和合作伙伴提供顾问咨询、研发资助、技术培训、网络联谊和基础设施使用等多样化服务,加速推动研发成果向产业界转移,最终应用于社会。


CERN在医学与生物医学、航空航天、安全、工业4.0、文化遗产、能源技术等领域应用了大量研究成果,这些应用领域涉及的主要技术包括:光束仪器与系统、冷却和通风、低温血、数字科学、高真空和超高真空、工业控制、磁铁技术、制造和机械加工、材料科学、度量学、粒子追踪和热量测定、电力电子和光电子及微电子、辐射防护和监测、射频技术、机器人、传感器、超导、试验设备等。每年,知识转移机构围绕相关研究和技术应用领域,组织和举办各类学术会议、讲座、展示等活动,对外公布最新研发动向、科研进展和可转化的技术成果,使CERN成为全球创新和创意的策源地,源源不断地为知识和技术的创新应用提供新思路。

CERN在成立初期主要通过采购合同或合作协议的方式推动技术向产业转移。欧洲核子研究委员会没有明确地为创新和商业化提供指导方针,但是CERN的实验和理论工作的结果应被发表或以其他方式普遍提供给社会并为大众所用的要求,为CERN知识转移工作提供了支持,使CERN成为全球创新创意和新技术应用的重要来源。

这些工作逐步促成了CERN制定知识转移政策,建立专业化团队,有计划地支持知识和技术转移活动。随着CERN影响力和研究实力不断增强,目前,CERN技术转移活动主要由知识转移机构(Knowledge Transfer Group)管理,旨在最大限度地将知识和技术提供给成员国,同时CERN立了例如Ideasquare、CERN Openlab(Makerspace/开放实验室/加速器)等用于开放合作的实验室,这些工作使CERN成为了欧洲具有独特地位的研究组织,也是国际合作的典范。

三、获得成就

■1984年该中心两位物理学家鲁比亚和范德梅尔获诺贝尔物理奖。

■1995年CERN制成了世界上第一批反物质——反氢原子,揭开了人类研制反物质的新篇章。

■2000年8月CERN投入使用反质子减速器。

■2002年成功制造出约5万个低能量状态的反氢原子,这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。

■CERN建设世界上最大的原子加速器——强子对撞机LHC。

LHC 示意图

1983年物理学家鲁比亚(Carlo Rubbia)和范德梅尔(Simon Van der Meer)在CERN的实验中发现W±和Z0粒子,获得了1984年的诺贝尔物理奖。该项目是在超级质子同步加速器SPS里让质子与反质子对撞,实验结果证实了弱力和电磁力的统一,即标准模型的弱电理论。理论物理学家Georges Charpak1968年发明的多丝正比室及其随后研制出的探测器,开创了电子探测粒子的新时代。因他的发明,特别是多丝正比室——探索物质最内部结构技术上的突破而获1992年诺贝尔物理奖。

CERN还吸引了不少诺贝尔奖获得者前来工作。CERN第一任所长Felix Bloch和 Edward Mills Purcell因开发出核磁精密测量的新方法和随后的发现获1952年诺贝尔物理奖。LEP加速器上L3实验的发言人丁肇中是1976年诺贝尔物理奖的获奖人之一,他与SLAC的Burt Richter于1974年同时发现J/psi粒子。LEP加速器上ALEPH实验的负责人,理论物理学家Jack Steinberger因中微子束流方法发现μ子中微子展现出轻子的二重态结构与Leon Lederman 和 Mel Schwartz 共获1988年诺贝尔物理奖。

数十年来,CERN先后建成质子同步回旋加速器、质子同步加速器PS、交叉储存环(ISR)、超级质子同步加速器(SPS)、质子直线加速器(Linac2)、重离子直线加速器(Linac3)、大型正负电子对撞机(LEP)、大型强子对撞机LHC等大科学装置,形成了具有强竞争力的大科学装置群,吸引全世界一流的科学家到CERN开展研究,在粒子物理研究等领域取得了举世瞩目的成果,CERN从而成为名副其实的国际上最大的核子研究中心。


CMS真身,它位于100米深的地下
重12500吨,长15米,直径25米

2020年2月19日,欧洲核子研究中心发布公报称,该中心的研究团队首次成功对反氢原子能量结构中的某些量子效应展开测量,测量结果与“正常”氢效应的理论预测相符,为今后更精确地测量这类量子效应和其他基本量铺平了道路。

四、经典案例
CERN拥有众多世界上最复杂的科学试验仪器,物理学家们用这些仪器来了解宇宙的基本结构。CERN在粒子物理学之外的领域也研发并应用了大量的技术,这些技术有些是为了运作试验仪器而研发,有些则是为追求CERN的基本研究目标而开发。欧洲核子研究中心的知识转移机构积极工作,最大程度地传播这些技术和提高欧洲核子研究中心在社会上的影响,积极寻找机会加速创新,并与医疗领域、航空航天、文化遗产和工业4.0等领域的知名企业进行合作。

1、自动驾驶软件
Zenuity公司一家是专注于汽车安全和自动驾驶(AD)开发软件解决方案的企业,也是第一家与CERN在机器快速学习领域合作的公司。自动驾驶车辆开发的一个根本挑战是如何快速处理在正常驾驶条件下产生的大量数据。CERN通过使用现场可编程门阵列 FPGAs硬件,在微秒内执行复杂的决策算法,在物理数据采集的背景下解决了这一挑战。Zenuity公司和CERN的合作旨在利用基于FPGAs的技术来实现快速机器学习应用,从而使广告车能够更快地做出决策和预测。

2、生命科学数据分析和模拟平台
生物发电机联盟于2019年成立,旨在建立一个高性能、通用的平台,通过这个平台,生命科学家可以轻松地创建、运行复杂的可视化3D模拟。起初该项目采用了许多CERN在大规模计算方面的专业技术以及纽卡斯尔大学的生物组织动力学算法技术。随后,Immunobrain Ltd.、GSI Helmotz重离子研究中心和苏黎世大学加入,将应用领域扩展到免疫治疗、放射治疗过程中的组织损伤、神经元发育映射和癌症生长研究。该联盟对相关领域的新合作伙伴开放。

3、根据国家自然科学基金委员会(NSFC)与欧洲核子研究中心(CERN)签署的合作谅解备忘录,2020年度继续支持中国科学家参与CERN的国际合作。以下8个项目获得批准。


项目合作处供稿
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