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2016-06-30 09:22:50

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   关注科技大项目:大科学装置用得咋样?

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  制图:蔡华伟

  数据来源:中国科学院

  被称作“天眼”的世界最大单口径射电望远镜――500米口径球面射电天文望远镜(FAST)建设项目,已进入收尾阶段,我国将再添一项大科学装置。有人用“国之重器”来形容这些应现代科学发展需求而生的大装置,以凸显其重大意义。事实上,与它们紧密相连的,往往是人类基因组计划、国际热核实验反应堆计划等耳熟能详的国际大科学计划。

  当前,我国正不断兴建大科学装置,积极参与国际大科学计划。在“十三五”规划中,更是提出“积极提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程”的目标。我国目前有哪些已运行和在建的大科学装置?参与国际合作,我们如何扮演更重要角色?本版今起关注科技大项目。

  ――编 者

  作为重大科技基础设施,大科学装置在提高我国自主创新能力方面占据重要地位。早在上个世纪80年代,北京正负电子对撞机的建成就对我国高能物理的发展起到至关重要的作用。

  近些年,散裂中子源、强磁场装置、同步辐射光源、大型天文望远镜……一项项大科学装置先后被列入相关规划,其中一部分,已经建成并投入使用。有人用“国之重器”来形容它们,如何才能发挥出这些耗费巨资建设的大装备的最大能量?

  既有专用研究设施,也有公共实验和公益科技设施

  在国家蛋白质科学研究(上海)设施运行之前,中国科学家想要完成蛋白质结构的解析,得特意跑到日本、美国。2015年7月,这个研究设施通过国家的验收,能够满足80%以上研究用户的需要。

  这只是中科院目前运行和在建的23个重大科技基础设施的其中之一。作为承担我国重大科技基础设施建设和运行的主要力量,中科院负责的项目涉及时间标准发布、遥感、粒子物理与核物理、天文、同步辐射、地质、海洋、能源和国家安全等众多领域,其中有的是为特定学科领域的重大科学技术目标建设的专用研究设施,如北京正负电子对撞机等;有的则是为多学科领域的基础研究、应用基础研究和应用研究服务的,具有强大支持能力的公共实验设施,如合肥同步辐射装置等;还有的是为国家经济建设、国家安全和社会发展提供基础数据的公益科技设施,如中国遥感卫星地面站、长短波授时系统等。

  国家自然基金委员会相关负责人指出,事实表明,重大的科学突破离不开科研仪器的进步,科研仪器为科学研究提供新颖手段和有力工具,对于开拓研究领域、催生源头创新、推动前沿突破起着至关重要的作用。

  LIGO(激光干涉引力波观测站)发现引力波,让不少科学家更加感叹大科学装置的重要性。有科学家指出,目前,世界各国都认识到大科学装置在国家创新能力建设中的重要地位,许多国家,特别是发达国家在已经建设众多大科学装置的基础上,又在制定新的大科学装置发展规划。

  2013年,国务院批准印发了《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012―2030年)》。《规划》对能源、生命、地球系统与环境、材料、粒子物理和核物理、空间和天文、工程技术等7个科学领域进行了系统部署,明确了未来20年这7个科学领域重大科技设施发展的主要方向。《规划》是我国历史上第一部系统部署国家重大科技基础设施中长期建设和发展的指导性文件。我国重大科技基础设施经历了从无到有、从小到大、从学习跟踪到自主创新的过程。近些年我国先后兴建了上海光源、海洋科考船和地壳运动观测网等一大批设施,设施数量、建造规模和覆盖领域逐步扩大。

  建设本身就是科研攻关,能考验和提高一个国家的工业制造能力

  随着我国国力的不断增强,科研经费不再如从前般捉襟见肘。在广东东莞,中国散裂中子源(CSNS)的大部分关键设备已进入调试阶段,这一项目的预计总投资达20多亿元。但建设大科学装置,并不只是钱的事。

  在中科院院士、高能物理研究所所长王贻芳看来,大科学装置的建设过程不同于简单的房屋建造,建设本身就是一个科研的过程。

  王贻芳认为,对于大科学装置,项目的选择尤其重要,甚至决定最终成败。“首先要在科学上有意义,其次还要在技术上能够实现。”

  “但技术的边界并不好把握”,王贻芳说,标准低了,缺少突破性。采用的技术激进一些,就存在失败的可能。“因此,大科学装置在立项前,必须经过非常专业的论证和判断,最终的成败也与项目负责人的经验和能力有很大关系。”

  中科院院士、LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,又称郭守敬天文望远镜)项目首席科学家崔向群认为,大科学装置的核心在于创新。LAMOST的建设在基于国际先进技术的基础上,又在主动光学、光纤定位等方面有所突破,大口径与大视场兼备,因此独一无二。

  大科学装置的建设还考验着一个国家的工业制造能力。

  崔向群表示,LAMOST的建设过程,就得益于我国国力的增强和工业基础的提升。国内的一些特殊材料生产企业、造船厂、轴承生产企业、玻璃生产企业等都在其中做出了贡献。

  大科学装置,往往瞄准国际最先进水平、对制造工艺也有着极严苛的要求,对企业是一个十分难得的提高技术水平的契机。

  王贻芳介绍,北京正负电子对撞机曾进行过一次大的改造,联系了当年参与建造的厂家,不少参与项目的职工现在已经成长为企业领导。他们都谈到,当年对撞机的建造对于企业自身生产工艺带来很大提升。

  正在建设的X射线自由电子激光试验装置备受瞩目,中科院上海应用物理研究所所长赵振堂认为,大科学装置的建设过程中,不但锻炼了科研队伍、研发出很多关键设备,还培育起了很多能够生产这些设备的高技术企业。

  据介绍,自由电子激光设备招标时,很多分布于长三角的企业都来投标,关键设备绝大多数实现了国产。其中,波荡器、直线加速器等主要设备还实现了对外出口。

  产出大量前沿科技成果,是参与国际合作与竞争的利器

  对于大科学装置,建好仅仅是开始,用好才是关键。

  大科学装置陆续投入使用,首先满足了国内日益增长的科研需求。

  自上世纪90年代以来,中科院高能物理研究所借助北京正负电子对撞机,获得了多项重大成果,居于国际领先水平,成为世界高能物理研究中心之一。同时还“一机两用”,成为我国众多学科的同步辐射大型公共实验平台。

  在河北兴隆,天文学家已经可以在这里使用世界上口径最大的大视场光学望远镜LAMOST巡天,获取在世界上遥遥领先的光谱数据;在云南昆明,生物学家可以在被誉为中国“植物诺亚方舟”的西南野生生物种质资源库,建立保存生物种质资源的科学研究体系,从而为我国经济社会发展提供生物资源战略储备。

  上海光源投入使用6年多来,已有近400家单位、1万多人成为用户,取得了众多有价值、有影响力的科研成果。从地域分布上看,上海光源的用户几乎覆盖我国所有省市区,还有10多个国家的科研人员以合作形式来到这里,开展研究工作。

  崔向群认为,建设完成后,大科学装置本身还需一定的完善过程,数据也需要一定时间进行沉淀,要多些耐心。此外,大科学装置在建设的同时要注重相应人才的培养,面对同样的数据,不同科学家做出的成果会有高低之分,只有优秀的科学家才能发挥出大科学装置的最大能量。

  在不少科学家看来,大科学装置更是一个开放的平台,可以让我们在国际合作与竞争中更具话语权,是参与国际前沿科技竞争的利器。

  崔向群说,从2011年9月到2015年6月,经过3年巡天,LAMOST共观测了2669个天区,已对外释放了约570万条光谱数据,其中成功获取高质量恒星光谱462万个,比世界上所有已知光谱巡天项目获取的数据总数还要多。这些别国没有的数据,让我们占据了学术的高地,可以通过国际合作来弥补我们在光谱处理等技术上的短板。(肖家鑫 吴月辉 刘诗瑶)

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稿源:   新闻网     编辑: 赵经理
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