“國(guó)之重器”研制加速 大科學(xué)裝置發(fā)展駛?cè)肟燔?chē)道

散裂中子源、強(qiáng)磁場(chǎng)裝置、同步輻射光源、大型天文望遠(yuǎn)鏡……近年來(lái)，一項(xiàng)項(xiàng)神秘的大科學(xué)裝置陸續(xù)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(chǔ)設(shè)施，伴隨著一項(xiàng)項(xiàng)大科學(xué)計(jì)劃，締造著中國(guó)乃至世界科學(xué)的未來(lái)。

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

在國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施運(yùn)行之前，中國(guó)科學(xué)家想要完成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的解析，只能去日本、美國(guó)。而現(xiàn)在，一批又一批跨國(guó)企業(yè)和國(guó)外優(yōu)秀科學(xué)家紛紛來(lái)到中國(guó)，使用國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施的設(shè)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(guó)際學(xué)術(shù)刊物上。

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

作為當(dāng)今全球生命科學(xué)領(lǐng)域綜合性的大科學(xué)裝置，國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施能夠滿(mǎn)足80%以上研究用戶(hù)的需要。在開(kāi)放試運(yùn)行的第二年底，就已經(jīng)執(zhí)行用戶(hù)課題800多個(gè)，服務(wù)150多家單位，各系統(tǒng)累計(jì)運(yùn)行95000多小時(shí)。

從無(wú)到有、從小到大、從學(xué)習(xí)跟蹤到自主創(chuàng)新，這些年，我國(guó)一大批大科學(xué)裝置橫空出世，驚艷世界。中國(guó)“天眼”FAST，500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，將覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)大小的信號(hào)，聚集在藥片大小的空間里，實(shí)現(xiàn)了新的突破；中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)，主要收集和保存云南及周邊地區(qū)和青藏高原的種質(zhì)資源，與世界其他的種子庫(kù)相比，是建立在“生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)”的種質(zhì)資源庫(kù)；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(biāo)準(zhǔn)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(guó)家安全等眾多領(lǐng)域，而且近年來(lái)裝置設(shè)施的數(shù)量、建造規(guī)模也逐步擴(kuò)大。中科院高能物理研究所北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任陳和生表示，我國(guó)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(guó)際地位。

這批“國(guó)之重器”為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了的技術(shù)手段，支撐著國(guó)內(nèi)外科學(xué)家開(kāi)展物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、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(tái)上熠熠生輝。

“神兵利器”帶來(lái)累累碩果

對(duì)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(xù)投入使用，滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)日益增長(zhǎng)的科研需求。

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

上海光源一期雖然只有7條光束線站，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)，線站供不應(yīng)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(guó)所有省區(qū)市，還有10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)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(guó)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(yuǎn)鏡（FAST）落成啟用，大幅提升我國(guó)深空測(cè)控能力。上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置達(dá)到國(guó)際最高激光脈沖峰值功率，合肥穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)裝置實(shí)現(xiàn)了40萬(wàn)高斯穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)，全超導(dǎo)托卡馬克裝置（EAST）創(chuàng)造聚變等離子體穩(wěn)態(tài)高約束模大于60秒的世界紀(jì)錄，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了新的中微子振蕩并精確測(cè)量其振蕩幾率。

除了大科學(xué)裝置結(jié)出的累累碩果外，反觀大科學(xué)裝置的存在本身，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一件新“神器”的意義。因?yàn)樗鼈儽旧砭图闪嗽S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(qū)動(dòng)力，培育了一批科研后備力量。它們更多在發(fā)揮著“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(dāng)承建單位研發(fā)出符合FAST要求的新鋼索時(shí)，申請(qǐng)了12項(xiàng)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(duì)現(xiàn)代高性能加速器、高精密機(jī)械加工、X射線光學(xué)等先進(jìn)技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級(jí)起到了重要作用；不少過(guò)去參與北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)建造的廠家現(xiàn)在已經(jīng)成長(zhǎng)為領(lǐng)軍企業(yè)，他們都談到，當(dāng)年對(duì)撞機(jī)的建造對(duì)于企業(yè)自身生產(chǎn)工藝帶來(lái)很大提升。

每建設(shè)一項(xiàng)大科學(xué)裝置，對(duì)我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)就是一次嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求篩選下，大科學(xué)工程建設(shè)培養(yǎng)和匯聚了一批國(guó)內(nèi)的施工單位和高技術(shù)企業(yè)，它們邊“追趕”邊“補(bǔ)課”，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)“中國(guó)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共觀測(cè)了2669個(gè)天區(qū)，對(duì)外釋放了約570萬(wàn)條光譜數(shù)據(jù)，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(xiàng)目獲取的數(shù)據(jù)總數(shù)還要多，讓我國(guó)占據(jù)了學(xué)術(shù)的高地。

當(dāng)LAMOST在探望蒼穹之時(shí)，一艘名叫“科學(xué)”號(hào)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(hào)，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(diào)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(guó)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，代表著各種大型復(fù)雜科學(xué)的研究系統(tǒng)，為科學(xué)家探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律及實(shí)現(xiàn)技術(shù)變革提供極限研究手段，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。它們推動(dòng)了我國(guó)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(guó)際先進(jìn)行列。通過(guò)發(fā)揮大科學(xué)裝置的能量，讓我國(guó)在國(guó)際合作與競(jìng)爭(zhēng)中更具話語(yǔ)權(quán)，更好地參與國(guó)際前沿科技的競(jìng)爭(zhēng)。

如何幫助人們遠(yuǎn)離越來(lái)越頻繁發(fā)生的災(zāi)難？在煤炭、石油等資源枯竭后，人類(lèi)將依靠什么能源繼續(xù)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(guó)自行設(shè)計(jì)建設(shè)的世界“全超導(dǎo)托卡馬克”核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，被譽(yù)為“人造太陽(yáng)”。據(jù)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?cè)蠈?shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng)，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(dāng)于300升石油釋放的能量。海水里的核聚變?cè)戏浅ＸS富，可以供人類(lèi)使用上億年。”鄢容說(shuō)。

不僅未來(lái)可期，當(dāng)前人類(lèi)已經(jīng)在大科學(xué)裝置的建設(shè)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(duì)病變組織進(jìn)行治療。重離子治療癌癥是當(dāng)代世界上公認(rèn)的先進(jìn)有效的放療方法，與傳統(tǒng)的放射治療相比，重離子束對(duì)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(jī)器——重離子加速器。

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

來(lái)源：中國(guó)化工儀器網(wǎng)