加速发展大科学装置——专访中国科学院院士王贻芳

中国科学院院士王贻芳

根据规划，“十四五”期间拟新建20个左右大科学装置，我国大科学装置建设迎来了实现历史性跨越的快速发展期。目前，我国在建和运行的大科学装置总量达57个，部分设施综合水平迈入全球“第一方阵”

强化依托大科学装置的建制化科学研究工作。一方面，加强开放共享，为高水平科研活动提供更好支撑；另一方面，找准国家发展中遇到的重大瓶颈科学问题，设计一些利用建制化组织优势，多设施、多用户协同创新的新机制

大科学装置的设计和建造具有工程和科研双重性，应考虑项目、人才的一体化资源配置方式，培养所需的科学、技术、工程、管理复合型领军人才

文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺

2月1日，高能同步辐射光源（HEPS）储存环隧道设备安装工作正式启动，标志着HEPS加速器设备安装进入攻坚阶段。

HEPS是国家重大科技基础设施，由国家发展改革委批复立项，中国科学院高能物理研究所承担建设。建成后，将成为世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一，将为国家的重大战略需求和前沿基础科学研究提供技术支撑平台。

国家重大科技基础设施也称大科学装置，其能够提供探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革的能力，是为高水平研究活动提供长期运行服务、具有较大国际影响力的国家公共设施。大科学装置设施建设集科学技术、工业制造、材料加工、人才队伍优势于一体，代表了一个国家的综合科技实力。

世界科技强国都将大科学装置的发展作为提升国家核心竞争力的重要举措。迈入新发展阶段，我国大科学装置作为国家创新体系的重要组成部分，其建设发展面临着新的形势和要求。

“尽快建成布局完备、技术领先、运行高效、创新有力、综合效应显著的国家重大科技基础设施体系，以全面支撑原始创新能力提升、战略高技术研发、产业创新发展、区域创新高地建设，实现跻身创新型国家前列和世界科技强国的目标。”中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳在接受《瞭望》新闻周刊专访时表示。

部分大科学装置综合水平迈入全球“第一方阵”

《瞭望》：HEPS是什么类型的大科学装置？储存环隧道设备安装工作正式启动意味着什么？

王贻芳：大科学装置是国家基础设施的重要组成部分，但它不同于一般的基本建设项目，具有鲜明的科学和工程双重属性。其设计、研制及相关技术和工艺具有综合性、复杂性、先进性，有时具有唯一性，知识创新和科学成果产出丰硕，技术溢出、人才集聚效益显著，因此往往成为国家创新高地的核心要素。同时，它也不同于一般的科研仪器中心或平台，是需要自行设计研制专用的设备，体量大、投资大、能力强、技术复杂先进、生命周期长，具有明确的科学目标，体现了国家意志，反映了国家需求，是“国之重器”“科技利器”，需要国家统筹规划、统一布局、统一建设、统筹运行与开放。

按照不同的用途，重大科技基础设施一般分为以下三类：

第一类是专用设施，为特定学科领域的重大科学技术目标而建设，如北京正负电子对撞机、超导托卡马克核聚变实验装置、高海拔宇宙线观测站、“中国天眼”等。专用设施有明确具体的科学目标，追求国际基础科学研究的最前沿，依托设施开展的研究内容、科学用户群体也比较特定、集中。

第二类是公共实验平台，为多学科领域的基础研究、应用研究提供支撑性平台，例如HEPS、上海光源、中国散裂中子源、强磁场实验装置等。这类装置为多个领域用户提供实验平台和测试手段，追求满足用户需求，服务全面完整。

第三类是公益基础设施，为经济建设、国家安全和社会发展提供基础数据和信息服务，属于非营利性、社会公益性设施，如中国遥感卫星地面站、长短波授时系统等，追求满足国家和公众需求。

HEPS装置主要由加速器、光束线及实验站构成。HEPS储存环为电子环形加速器，用于电子第三级加速，同时产生同步辐射光，是世界上第三大光源加速器、国内第一大加速器，环内面积约合20余个足球场。HEPS储存环隧道设备安装工作正式启动，是HEPS快速向前推进的一个新起点，标志着HEPS加速器更多更精密的设备开始安装，HEPS进入了更广范围和更深层次的攻坚阶段。

《瞭望》：我国大科学装置建设情况如何？

王贻芳：党的十八大以来，我国对大科学装置进行了前瞻部署和系统布局，投入力度持续加大。“十二五”期间，我国启动建设了高海拔宇宙线观测站等15项设施；“十三五”期间，在基础科学、能源、地球系统与环境、空间和天文以及部分多学科交叉领域，启动建设了高能同步辐射光源、硬X射线自由电子激光装置等9项设施。这两个五年规划，累计项目数接近此前建设总数。根据规划，“十四五”期间，拟新建20个左右大科学装置，我国大科学装置建设迎来了实现历史性跨越的快速发展期。目前，我国在建和运行的大科学装置总量达57个，部分设施综合水平迈入全球“第一方阵”。

为解决关键瓶颈问题作出突出贡献

《瞭望》：我国大科学装置已经取得了哪些运行成效？

王贻芳：几十年来，大科学装置为解决关键瓶颈问题作出了突出贡献，其技术溢出也促进了经济社会发展，并依托设施逐步形成了一批在国际上有重要影响的国家科技创新中心和人才高地。主要成效可以概括为五个方面：

第一，原创性引领性科技成果的策源地。大科学装置为开展基础研究和应用研究提供了重要平台，推动我国粒子物理、凝聚态物理、天文、空间科学、生命科学等领域部分前沿方向的科研水平迅速进入国际先进行列。2011年以来，依托大科学装置产生的成果有22项入选国家科技“三大奖”，其中9项国家自然科学奖、3项国家技术发明奖、10项国家科学技术进步奖。一些成果更是在国际上产生了重大影响力。例如，大亚湾反应堆中微子实验发现了一种新的中微子振荡，并精确测量到其振荡几率。该结果是对自然界最基本物理参数的测量，对未来中微子物理的发展方向起着决定性作用。

第二，解决国家重大战略科技问题的主平台。大科学装置推动解决了一批关键核心技术、引领带动了相关产业发展。例如航空发动机叶片一直是制约我国航空领域发展的“卡脖子”问题，过去一直缺乏合适的检测手段。通过中国散裂中子源，科研人员首次获得了多种型号发动机的高温合金叶片、单晶叶片、3D打印叶片在不同工艺、不同服役状况下的内部应力数据，填补了国内深层高精度应力测试与评价的空白，支撑解决国产叶片的材料设计、制备和加工工艺难题。

第三，推动战略性高技术发展的新引擎。重大科技基础设施技术溢出效应大幅提升，催生一批新技术、新产品，成为促进战略性新兴产业的科技创新驱动力，为国民经济和社会发展提供了科技支撑。比如中科院近代物理所依托兰州重离子研究装置，于2021年实现我国首台医用重离子加速器——碳离子治疗系统的成功应用，使人类向攻克癌症又迈进了一步。这标志着我国成为全球第四个拥有自主研发重离子治疗系统和临床应用能力的国家，实现我国在大型医疗设备研制方面的历史性突破。

第四，打造国家创新高地的强内核。近年来，有关部门将大科学装置作为国家创新高地建设的核心内容，加快推动北京、上海、粤港澳大湾区国际科技创新中心建设，特别是建设上海张江、安徽合肥、北京怀柔和粤港澳综合性国家科学中心。这一战略举措不仅加快了大科学装置的建设，也显著提升了这些创新高地的科技实力和创新能力。

第五，引才聚才和推动高水平创新合作的新高地。大科学装置在建设和运行过程中，集聚和培养了一大批懂科学、懂技术、懂工程、懂管理的领军人才，建成后还吸引了国内外人才开展科学研究和科技合作。以落户东莞的中国散裂中子源为例，中科院高能物理所在当地集聚和培养了一支400多人的高水平工程和科研团队及大批青年学生。

《瞭望》：对标高水平科技自立自强的目标要求，大科学装置建设还有哪些短板待补？

王贻芳：我国的大科学装置建设起步相对较晚，技术储备和人才队伍尚有不足，整体水平与实现高水平科技自立自强的目标要求尚有差距。

一是世界领先，甚至独创独有的大科学装置还不够多。我国大科学装置大多以跟踪模仿和追赶西方发达国家为主，关键技术的源头主要来源于国外，性能指标与世界先进水平还有差距。我们需要加强战略研究，选择建造一批国际领先的大科学装置。

二是依托大科学装置的建制化研究有待加强。大科学装置开放共享吸引了大批用户开展科研工作，但我们也发现在公共实验平台类的设施上，科研用户围绕国家紧迫的战略需求、开展定向性科学问题牵引的建制化研究不多，制约了产出重大原创成果、解决关键核心技术问题的能力。

三是依托大科学装置的国际合作程度不够。一方面，我国主持的本土项目国际合作比重较低；另一方面，我国也较少实质性地、有显示度地参加别国的项目。当前，国际科技合作面临严峻挑战，大科学装置在开展科学家合作、进行深度交流上具有独特优势，可以发挥更大作用。

加速发展大科学装置

《瞭望》：新形势对大科学装置建设提出了什么样的新要求？

王贻芳：实现高水平科技自立自强需要加速发展大科学装置，为原始创新和关键技术攻关提供更强力支撑。

首先，强化顶层设计，优化管理，避免一哄而上，重复布局。发挥集中力量办大事的制度优势，做好发展战略选择和优势学科布局。

合理的投入是实现发展目标的最基本保障。实现追赶超越，作为支撑的基础设施就必须比对手更强，对设施发展的投入应该有较大幅度的增长，前瞻布局大科学装置的预先研究。当前国家有关部门已将少数预研项目列入“十四五”设施建设规划，需要在有关部门支持预研项目的基础上，加强部门联动，完善不同类型预研的投入机制，在可能发生革命性突破的方向，加强原理性探索、概念性设计或关键部件研制等预研工作；大科学装置的设计和建造具有鲜明的工程和科研双重性，应考虑项目、人才的一体化资源配置方式，培养所需的科学、技术、工程、管理复合型领军人才，重视设施建设和运行维护人才队伍，加大稳定支持力度。

再者，强化依托大科学装置的建制化科学研究工作。一方面，加强开放共享，做好装置升级和实验新方法、实验新技术的创新，提高装置本身的运行服务能力，为高水平科研活动提供更好支撑；另一方面，找准国家发展中遇到的重大瓶颈科学问题，设计一些利用建制化组织优势，多设施、多用户协同创新的新机制。

例如在中科院支持下，我们与中科院金属所、中国钢研科技集团、中国航发沈阳发动机研究所、中国航发北京航空材料研究院等优势团队，围绕航空航天发动机叶片和复合材料、高端轴承、高铁轮轴等“卡脖子”技术，开展有组织、体系化的科学研究。技术人员和科研专家组成一体化团队联合攻关，利用散裂中子源、北京同步辐射装置、稳态强磁场实验装置等多个设施，共同制定实验方案，开发更精准的测试方法，推动实验方法创新、实验能力升级与科学问题研究的深入融合。

第三，加强高水平国际合作，发起国际大科学计划。大科学装置一直是国际科技合作的重点领域，例如江门中微子实验获得国际实物贡献约3000万欧元，占比15%左右，共有境外16个国家和地区300多位科学家参加。

我们要坚定开放合作，围绕大科学装置的建设和运行，努力拓展合作范围、方式和渠道。在项目遴选、评估、建设上有更多的国际参与和贡献，同时积极参加国际项目，争取国际支持。也希望国家选取有重大影响的“硬科技”项目，尽快发起实施若干国际大科学计划和大科学工程，推动大科学装置发展。■