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“國之重器”高速前行

2017-4-5 來源：轉載作者：- 訪問量（liàng）：

散（sàn）裂中子源、強（qiáng）磁（cí）場裝置、同步（bù）輻射光（guāng）源、大型天文望遠鏡……近年來，一項項神秘的大科學裝置陸續建成並投入使（shǐ）用，它們或隱世於高（gāo）山峽（xiá）穀，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。它們作（zuò）為重大科技基礎設施，伴隨著一項項大（dà）科學計劃，締造著中國（guó）乃至世界科學的未來。

這些大科學裝置何以成為“國之重器”？它們究竟發揮著怎樣的作用？又將承（chéng）載什麽樣的使命？

大科學（xué）裝置發展進入快車道

在國家蛋白質科學研究（上海）設施運行之（zhī）前，中國（guó）科學家想（xiǎng）要完（wán）成（chéng）蛋白質（zhì）結構的解析，隻能去日本、美國。而（ér）現在，一批又一批跨國企業和國外優（yōu）秀科學家紛紛來到中國，使（shǐ）用國家（jiā）蛋白質科學研究（上海）設施的設備和服務開展前沿課題研究，一係列誕生於此的重要成（chéng）果發表在Nature、PNAS等高水平國際（jì）學術刊物上。

國家蛋白質科（kē）學研究（上海）設施何以（yǐ）有如此吸引力？這項大科學裝置集中了我國自主研發的（de）規模（mó）化蛋白質製備係統，實現（xiàn）了蛋白質製備全流程的高度（dù）集成和流水線作業，而且在樣（yàng）品處理通量上超過半自動化係（xì）統（tǒng）10倍、超過傳統的人工係統100倍，居於國際領先水平。因此，它很快就成（chéng）為國際上有重要（yào）影響的大型綜合研究創新基（jī）地，也是我國科學家探索生命奧秘的（de）利器。

作為當今全球生命科學領域首個綜合性的大科學裝置，國家蛋白質科學研究（上海）設（shè）施能夠滿足80%以（yǐ）上研究用戶的需要。在開放試運行的第二年底，就已經執行用戶課題800多（duō）個，服務150多家單位，各係統累計運行95000多小時。

從無到有、從小到大（dà）、從學習跟蹤到自主創新，這些年，我國（guó）一大批（pī）大科學裝置橫空出世，驚豔世界。中國“天眼”FAST，500米口徑球麵射電望遠鏡，將覆蓋（gài）30個足球場大小的信號，聚集在（zài）藥（yào）片大小的空間裏，實現了新的突破；中國西（xī）南野生生物種質資源庫，主要收集和保存雲南及周（zhōu）邊地區和青藏高原的種質（zhì）資（zī）源（yuán），與世（shì）界其他著名的（de）種子庫相比，是（shì）唯一建立在（zài）“生物多樣性熱點地區”的種質資源庫；上海同步輻射光源，是（shì）世界上性能最好的第三代中能同步輻射光源之一……

這些各領風騷的大科學（xué）裝置不但覆（fù）蓋麵越來越廣，包（bāo）括時間標（biāo）準發布、遙感、粒子物理與（yǔ）核物理、天文、同步輻射、地質、海洋、能源和國家安全等眾多領域，而且近年來裝置設施的數量、建（jiàn）造規模也逐步擴（kuò）大。中科院高能物理研究所北京正負電子對撞機國家實驗室主任陳和生表示，我國的大（dà）科學裝置發展已經進入快車道，取得了很多重大科學成（chéng）果，有（yǒu）些已經（jīng）處於國際領先（xiān）地（dì）位（wèi）。

這批“國之（zhī）重器”為研究物質結構提供了最先進的技術手段（duàn），支撐著國內外（wài）科學家開展物質基本結（jié）構、宇宙（zhòu）起源與演化、生命起源等重大科學問題的探索，在世界科學研究的舞台上熠熠生輝。

“神兵利器”帶來累累碩果

對於大科學裝置，建好僅僅是開始，用好才是（shì）關鍵（jiàn）。大科（kē）學裝置陸續投入（rù）使用，滿足了國內日益增長的科研需求。

自（zì）上世紀90年代以來，中科院高能物理研究所借助（zhù）北京正負電子對撞機，獲得了多項重大（dà）成（chéng）果，居於國際領先水平，成為世（shì）界領先的高能物理研究中心之一。同時還“一機兩用”，成為我國眾多學科的同步輻射大型公共（gòng）實驗平台（tái）。

上海光源一期雖然隻（zhī）有7條光束線站，但是自2009年建成後需求極（jí）大，去年已有近400家單位（wèi）、1萬多人成為用戶，線站供不應求，取得了眾多有價值、有影（yǐng）響力的科研成（chéng）果。從地域分布上看，上海光源的用戶幾乎覆蓋我國所有省區（qū）市，還有10多個國家和地區的科研人員以合作（zuò）形式來到這裏（lǐ），開展研究工作。

有這些“神兵利器”加持（chí），我國的科研水平迅速提（tí）升（shēng），取得的成果日益豐富。

世界最大單（dān）口徑（jìng）、最靈敏的500米口徑球（qiú）麵射電望遠鏡（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驗裝置達到國際最高激（jī）光脈衝（chōng）峰值功率，合肥穩態強磁場裝置實現了40萬高斯穩（wěn）態強（qiáng）磁場，全超導托卡馬克裝置（zhì）（EAST）創造聚變（biàn）等離子體穩（wěn）態高約束模（mó）大於60秒的世界（jiè）紀錄，大亞灣中微子實驗發現了新的中微（wēi）子振蕩並精確（què）測量其（qí）振蕩幾率。

除了大（dà）科學裝置結出的累累碩（shuò）果外，反觀大科學裝置的存在本身，已經（jīng）遠遠超出一件新（xīn）“神（shén）器”的（de）意義。因為它們本身就（jiù）集成了許多科學前沿領域的重大原創突破，凝聚了各個方麵的創新驅動（dòng）力，培育了一批科（kē）研後備力量。它們更多（duō）在發揮著“科技航母（mǔ）”的關鍵作用，直接促進（jìn）了大批原始創新成果、核心關鍵技術的產生。

當承建單位研發出符合FAST要求的（de）新鋼索時，申請了12項專（zhuān）利；上海光源不僅推動生命科學（xué）、材料科學、環境科學等多學科領域科技創新，還對現代高性能加（jiā）速器、高精密機械加工、X射（shè）線光學（xué）等先進技術和相關產業升級起到了重要作（zuò）用；不少過去參與北京正負電子對撞機建造的廠家現在已經成長為領軍企業，他們都談到，當年對撞機的建造對於企業自（zì）身生產工藝帶來（lái）很大提升。

每建（jiàn）設一項大科學裝置，對我國工業基礎就是一次嚴峻的考驗。在高標準的技術要求篩（shāi）選（xuǎn）下，大科學工程建設培養和匯聚了一批國內（nèi）最牛的（de）施工單位和高技術企業，它們（men）邊“追趕”邊“補課（kè）”，創造了一個又一個“中國製造”的奇跡。

麵向（xiàng）未來搶占科技製高點

從2011年9月到2015年6月，經過3年多巡天，LAMOST共觀測（cè）了2669個天區（qū），對外釋放了約570萬條光譜數據，成功獲取高質量恒星光譜462萬個，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（jù）了學術的高地。

當LAMOST在探望蒼穹之時，一艘名（míng）叫“科（kē）學”號的海洋科學綜合考察船桅（wéi）杆高立（lì），威（wēi）武浩蕩地（dì）駛向大海。目前，借助“科學”號，科學家（jiā）已經成功開展了西（xī）太平洋衝繩海（hǎi）槽熱液、南（nán）海冷泉、主流係、馬努斯海盆和雅浦海山等航次（cì）綜合調查（chá），獲得（dé）了大量珍貴的海（hǎi）洋資料。

不同領域的先進（jìn）科技裝備使我國走向（xiàng）自（zì）主創新高地（dì），搶占科（kē）學前（qián）沿陣地。這些集“顏值”與“實力”於一（yī）體的大科學裝置，代表著各種大型複雜科學的研究係統（tǒng），為科學家探索未知世界、發（fā）現自然規律及實現技術變革（gé）提供（gòng）極限（xiàn）研究手段，也（yě）是（shì）經濟社會發展不可（kě）或缺的技術基（jī）礎設施。它（tā）們推動了我國粒子物（wù）理、核物理、生命科學等領域的（de）科研水平進入國際先進行列。通（tōng）過發揮大科學（xué）裝置的最（zuì）大能量，讓我國在國（guó）際合作與競爭中更具話語權，更（gèng）好地參與國（guó）際（jì）前沿科技的競爭。

如何幫助人們（men）遠離越來越頻繁（fán）發生的災難？在煤炭、石油等資（zī）源枯竭後，人類將依靠什麽能源繼續生存下去？怎（zěn）樣保持這（zhè）顆美麗星球的生物多樣性？這一係列未知的難題（tí），大科學裝置正在一（yī）一破解。

EAST，是（shì）我國自行設計建設的世（shì）界首（shǒu）個“全超導托卡馬克”核聚變（biàn）實驗裝置，被（bèi）譽為“人造太陽”。據中（zhōng）科院合肥分院等離子物（wù）理研究所助理研究員鄢容介紹，依（yī）靠環形磁場作為“容器”，聚變原料實現可控的核聚變反應，獲得大量能量，進而得到清潔能源。“核聚變的原料從海水中提取，非常安全，一升海水可以提（tí）取33克原料，相當於300升石油（yóu）釋放的能量。海水裏的核（hé）聚變原料非常豐富，可以供人類使用上（shàng）億（yì）年。”鄢容說。

不僅未來可期，當前人類已經在大科學（xué）裝置的建設中受益。如（rú）今，一種（zhǒng）新的治療（liáo）癌症的方法誕生（shēng），它利用高（gāo）速的重離子束對病變組織進行治療。重離子治（zhì）療癌症是（shì）當代世界上公認的先進有效的放療方法，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（chéng）短、治愈率高。而重離子治（zhì）療技術的開展，正是依托於一個屬於“大科學裝（zhuāng）置”的機器——重離子加速器。

這（zhè）批重大科技基礎設施，不光是高高（gāo）在上的科（kē）研利器，它還解決（jué）了一批關乎國計民生和國家安全的重（chóng）大科技問（wèn）題，在（zài）載人航天、資源勘探、防災減災（zāi）等方麵也發揮著不可替代的作用。可以說，大科學裝置正在加（jiā）速改變我們的現在和未來。

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