“國之重器”研制加速 大科學(xué)裝置發(fā)展駛入快車(chē)道

“國之重器”研制加速 大科學(xué)裝置發(fā)展駛入快車(chē)道

    散裂中子源、強磁場(chǎng)裝置、同步輻射光源、大型天文望遠鏡……近年來(lái)，一項項神秘的大科學(xué)裝置陸續建成并投入使用，它們或隱世于高山峽谷，或藏身在喧囂城市的地下，雖然不被世人所熟悉，卻自帶耀眼的光環(huán)。它們作為重大科技基礎設施，伴隨著(zhù)一項項大科學(xué)計劃，締造著(zhù)中國乃至世界科學(xué)的未來(lái)。

    這些大科學(xué)裝置何以成為“國之重器”？它們究竟發(fā)揮著(zhù)怎樣的作用？又將承載什么樣的使命？

    在國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設施運行之前，中國科學(xué)家想要完成蛋白質(zhì)結構的解析，只能去日本、美國。而現在，一批又一批跨國企業(yè)和國外優(yōu)秀科學(xué)家紛紛來(lái)到中國，使用國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設施的設備和服務(wù)開(kāi)展前沿課題研究，一系列誕生于此的重要成果發(fā)表在Nature、PNAS等高水平國際學(xué)術(shù)刊物上。

    國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設施何以有如此吸引力？這項大科學(xué)裝置集中了我國自主研發(fā)的規模化蛋白質(zhì)制備系統，實(shí)現了蛋白質(zhì)制備全流程的高度集成和流水線(xiàn)作業(yè)，而且在樣品處理通量上超過(guò)半自動(dòng)化系統10倍、超過(guò)傳統的人工系統100倍，居于國際水平。因此，它很快就成為國際上有重要影響的大型綜合研究創(chuàng )新基地，也是我國科學(xué)家探索生命奧秘的利器。

    作為當今全球生命科學(xué)領(lǐng)域綜合性的大科學(xué)裝置，國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設施能夠滿(mǎn)足80%以上研究用戶(hù)的需要。在開(kāi)放試運行的第二年底，就已經(jīng)執行用戶(hù)課題800多個(gè)，服務(wù)150多家單位，各系統累計運行95000多小時(shí)。

    從無(wú)到有、從小到大、從學(xué)習跟蹤到自主創(chuàng )新，這些年，我國一大批大科學(xué)裝置橫空出世，驚艷世界。中國“天眼”FAST，500米口徑球面射電望遠鏡，將覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)大小的信號，聚集在藥片大小的空間里，實(shí)現了新的突破；中國西南野生生物種質(zhì)資源庫，主要收集和保存云南及周邊地區和青藏高原的種質(zhì)資源，與世界其他的種子庫相比，是建立在“生物多樣性熱點(diǎn)地區”的種質(zhì)資源庫；上海同步輻射光源，是世界上性能第三代中能同步輻射光源之一……

    這些各領(lǐng)風(fēng)騷的大科學(xué)裝置不但覆蓋面越來(lái)越廣，包括時(shí)間標準發(fā)布、遙感、粒子物理與核物理、天文、同步輻射、地質(zhì)、海洋、能源和國家安全等眾多領(lǐng)域，而且近年來(lái)裝置設施的數量、建造規模也逐步擴大。中科院高能物理研究所北京正負電子對撞機國家實(shí)驗室主任陳和生表示，我國的大科學(xué)裝置發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入快車(chē)道，取得了很多重大科學(xué)成果，有些已經(jīng)處于國際地位。

    這批“國之重器”為研究物質(zhì)結構提供了的技術(shù)手段，支撐著(zhù)國內外科學(xué)家開(kāi)展物質(zhì)基本結構、宇宙起源與演化、生命起源等重大科學(xué)問(wèn)題的探索，在世界科學(xué)研究的舞臺上熠熠生輝。

“神兵利器”帶來(lái)累累碩果

    對于大科學(xué)裝置，建好僅僅是開(kāi)始，用好才是關(guān)鍵。大科學(xué)裝置陸續投入使用，滿(mǎn)足了國內日益增長(cháng)的科研需求。

    自上世紀90年代以來(lái)，中科院高能物理研究所借助北京正負電子對撞機，獲得了多項重大成果，居于國際水平，成為的高能物理研究中心之一。同時(shí)還“一機兩用”，成為我國眾多學(xué)科的同步輻射大型公共實(shí)驗平臺。

    上海光源一期雖然只有7條光束線(xiàn)站，但是自2009年建成后需求，去年已有近400家單位、1萬(wàn)多人成為用戶(hù)，線(xiàn)站供不應求，取得了眾多有價(jià)值、有影響力的科研成果。從地域分布上看，上海光源的用戶(hù)幾乎覆蓋我國所有省區市，還有10多個(gè)國家和地區的科研人員以合作形式來(lái)到這里，開(kāi)展研究工作。

    有這些“神兵利器”加持，我國的科研水平迅速提升，取得的成果日益豐富。

    世界單口徑、最靈敏的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）落成啟用，大幅提升我國深空測控能力。上海超強超短激光實(shí)驗裝置達到國際最高激光脈沖峰值功率，合肥穩態(tài)強磁場(chǎng)裝置實(shí)現了40萬(wàn)高斯穩態(tài)強磁場(chǎng)，全超導托卡馬克裝置（EAST）創(chuàng )造聚變等離子體穩態(tài)高約束模大于60秒的世界紀錄，大亞灣中微子實(shí)驗發(fā)現了新的中微子振蕩并精確測量其振蕩幾率。

    除了大科學(xué)裝置結出的累累碩果外，反觀(guān)大科學(xué)裝置的存在本身，已經(jīng)遠遠超出一件新“神器”的意義。因為它們本身就集成了許多科學(xué)前沿領(lǐng)域的重大原創(chuàng )突破，凝聚了各個(gè)方面的創(chuàng )新驅動(dòng)力，培育了一批科研后備力量。它們更多在發(fā)揮著(zhù)“科技航母”的關(guān)鍵作用，直接促進(jìn)了大批原始創(chuàng )新成果、核心關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)生。

    當承建單位研發(fā)出符合FAST要求的新鋼索時(shí)，申請了12項專(zhuān)利；上海光源不僅推動(dòng)生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域科技創(chuàng )新，還對現代高性能加速器、高精密機械加工、X射線(xiàn)光學(xué)等先進(jìn)技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級起到了重要作用；不少過(guò)去參與北京正負電子對撞機建造的廠(chǎng)家現在已經(jīng)成長(cháng)為領(lǐng)軍企業(yè)，他們都談到，當年對撞機的建造對于企業(yè)自身生產(chǎn)工藝帶來(lái)很大提升。

    每建設一項大科學(xué)裝置，對我國工業(yè)基礎就是一次嚴峻的考驗。在高標準的技術(shù)要求篩選下，大科學(xué)工程建設培養和匯聚了一批國內的施工單位和高技術(shù)企業(yè)，它們邊“追趕”邊“補課”，創(chuàng )造了一個(gè)又一個(gè)“中國制造”的奇跡。

面向未來(lái)?yè)屨伎萍贾聘唿c(diǎn)

    從2011年9月到2015年6月，經(jīng)過(guò)3年多巡天，LAMOST共觀(guān)測了2669個(gè)天區，對外釋放了約570萬(wàn)條光譜數據，成功獲取高質(zhì)量恒星光譜462萬(wàn)個(gè)，比世界上所有已知光譜巡天項目獲取的數據總數還要多，讓我國占據了學(xué)術(shù)的高地。

    當LAMOST在探望蒼穹之時(shí)，一艘名叫“科學(xué)”號的海洋科學(xué)綜合考察船桅桿高立，威武浩蕩地駛向大海。目前，借助“科學(xué)”號，科學(xué)家已經(jīng)成功開(kāi)展了西太平洋沖繩海槽熱液、南海冷泉、主流系、馬努斯海盆和雅浦海山等航次綜合調查，獲得了大量珍貴的海洋資料。

    不同領(lǐng)域的先進(jìn)科技裝備使我國走向自主創(chuàng )新高地，搶占科學(xué)前沿陣地。這些集“顏值”與“實(shí)力”于一體的大科學(xué)裝置，代表著(zhù)各種大型復雜科學(xué)的研究系統，為科學(xué)家探索未知世界、發(fā)現自然規律及實(shí)現技術(shù)變革提供極限研究手段，也是經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展不可或缺的技術(shù)基礎設施。它們推動(dòng)了我國粒子物理、核物理、生命科學(xué)等領(lǐng)域的科研水平進(jìn)入國際先進(jìn)行列。通過(guò)發(fā)揮大科學(xué)裝置的能量，讓我國在國際合作與競爭中更具話(huà)語(yǔ)權，更好地參與國際前沿科技的競爭。

    如何幫助人們遠離越來(lái)越頻繁發(fā)生的災難？在煤炭、石油等資源枯竭后，人類(lèi)將依靠什么能源繼續生存下去？怎樣保持這顆美麗星球的生物多樣性？這一系列未知的難題，大科學(xué)裝置正在一一破解。

    EAST，是我國自行設計建設的世界“全超導托卡馬克”核聚變實(shí)驗裝置，被譽(yù)為“人造太陽(yáng)”。據中科院合肥分院等離子物理研究所助理研究員鄢容介紹，依靠環(huán)形磁場(chǎng)作為“容器”，聚變原料實(shí)現可控的核聚變反應，獲得大量能量，進(jìn)而得到清潔能源。“核聚變的原料從海水中提取，非常安全，一升海水可以提取33克原料，相當于300升石油釋放的能量。海水里的核聚變原料非常豐富，可以供人類(lèi)使用上億年。”鄢容說(shuō)。

    不僅未來(lái)可期，當前人類(lèi)已經(jīng)在大科學(xué)裝置的建設中受益。如今，一種新的治療癌癥的方法誕生，它利用高速的重離子束對病變組織進(jìn)行治療。重離子治療癌癥是當代世界上公認的先進(jìn)有效的放療方法，與傳統的放射治療相比，重離子束對健康組織輻射損傷輕、療程短、治愈率高。而重離子治療技術(shù)的開(kāi)展，正是依托于一個(gè)屬于“大科學(xué)裝置”的機器——重離子加速器。

    這批重大科技基礎設施，不光是高高在上的科研利器，它還解決了一批關(guān)乎國計民生和國家安全的重大科技問(wèn)題，在載人航天、資源勘探、防災減災等方面也發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。可以說(shuō)，大科學(xué)裝置正在加速改變我們的現在和未來(lái)。

來(lái)源：中國化工儀器網(wǎng)