圖①：“中國天眼”全景。 　　新華社記者 歐東衢攝 　　圖②：上海光源。 　　新華社記者 丁 汀攝 　　制圖：趙偲汝

　　當前，新一輪科技革命浪潮奔涌，充滿機遇和挑戰(zhàn)。“工欲善其事，必先利其器”。被稱為“大科學裝置”的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，正是推動重大科技創(chuàng)新的利器。“中國天眼”、中國散裂中子源、東方超環(huán)、上海光源等設(shè)施，已然成為人們熟知的科技“明星”、國之重器。

　　國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施起源于上世紀40年代，雖然歷史不長，卻為人類科技創(chuàng)新做出突出貢獻。我國國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施萌芽于“兩彈一星”時期，改革開放后，北京正負電子對撞機作為重要里程碑，標志著國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施進入成長期。上世紀90年代以后，在科教興國戰(zhàn)略指導下，有關(guān)部門立項支持了一批設(shè)施的啟動建設(shè)。黨的十八大以來，在相關(guān)規(guī)劃指導下，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施在范圍、數(shù)量和質(zhì)量上實現(xiàn)新的躍升，迎來快速發(fā)展時期。

　　創(chuàng)造極限研究條件，讓科學探索和科技創(chuàng)新走得更遠

　　國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，是指為提升探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、實現(xiàn)科技變革的能力，由國家統(tǒng)籌布局，依托高水平創(chuàng)新主體建設(shè)，面向社會開放共享的大型復雜科學研究裝置或系統(tǒng)，是為高水平研究活動提供長期運行服務、具有較大國際影響力的國家公共設(shè)施。為什么要有國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施？這要回到科學探索的規(guī)律上來，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施就像開啟未知領(lǐng)域的鑰匙，可以創(chuàng)造更高能量、更大密度、更高強度等極限研究條件，幫助科研人員完成相關(guān)實驗，獲得新發(fā)現(xiàn)。比如望遠鏡雖比較常見，但為揭示宇宙深處的奧秘，望遠鏡越做越大、越做越復雜，舉全國之力統(tǒng)籌布局的大型望遠鏡成為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。為探索微觀世界規(guī)律，人們發(fā)明了粒子加速器，它基于同步輻射光源、散裂中子源，成為洞察復雜微觀世界的超級顯微鏡，也是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。

　　按照用途，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施分為三類：專用設(shè)施、公用設(shè)施和公益設(shè)施。

　　專用設(shè)施為實現(xiàn)特定學科領(lǐng)域重大科技目標而建，瞄準國際前沿，用途明確具體，用戶群體固定。依托專用設(shè)施，科研工作者可以在前沿方向上實現(xiàn)突破。比如中微子實驗站。中微子是連接微觀世界與宏觀宇宙的奇妙粒子，在自然界極難被捕捉到。其基本參數(shù)的變化會影響整個物質(zhì)世界大廈的構(gòu)成，中微子混合角θ13就是這樣一個參數(shù)。已經(jīng)完成使命的大亞灣中微子實驗站位于山洞內(nèi)，實驗大廳利用巖石屏蔽宇宙線本底對實驗結(jié)果的干擾，中微子探測器靜靜“坐”在深藍色的超純水水池中，睜大“眼睛”緊緊盯著來自核反應堆的中微子。2012年，大亞灣中微子實驗站發(fā)現(xiàn)第三種中微子振蕩模式，并精確測量到正比于θ13角正弦平方的振蕩概率。這是中微子物理的里程碑式發(fā)現(xiàn)，入選《科學》雜志2012年度十大科學突破。位于廣東江門的下一代中微子實驗站正在建造，它將利用兩萬噸重的液體閃爍探測器，精確測量反應堆中微子的能譜，以推斷中微子的質(zhì)量順序，這是國際科技競爭的熱點。類似的專用設(shè)施，還有研究磁約束下高溫聚變等離子體的東方超環(huán)、在射電波段研究天體結(jié)構(gòu)與宇宙起源和演化的“中國天眼”、研究高能宇宙線起源及相關(guān)宇宙演化的高海拔宇宙線觀測站等等。

　　公用設(shè)施支撐眾多領(lǐng)域科學研究。公用設(shè)施為不特定領(lǐng)域的大量用戶提供實驗平臺和測試手段，滿足用戶需求，服務全面完整。中國散裂中子源、上海光源、強磁場實驗裝置等都屬于公用設(shè)施。位于廣東東莞的中國散裂中子源，有力推動我國材料科學、能源科學領(lǐng)域取得進展。中子不帶電，穿透能力強，是給金屬材料做“胸透”的理想工具，了解發(fā)動機葉片材料，就需要這樣的工具。利用這一設(shè)施，科研人員可以給不同生產(chǎn)工藝的各種發(fā)動機葉片做“胸透”，并模擬不同服役條件，獲得其內(nèi)部應力數(shù)據(jù)，為國產(chǎn)葉片的材料設(shè)計與制造工藝提供重要依據(jù)。上海光源則屬于中能同步輻射光源，它的建成標志我國進入了世界先進同步輻射光源“俱樂部”。依托上海光源，我國在物理學、化學、生命科學、材料科學甚至考古學等眾多領(lǐng)域取得一系列成果：成功發(fā)現(xiàn)凝聚態(tài)物質(zhì)中的“幽靈粒子”——外爾費米子、解析出人源葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白GLUT1的三維晶體結(jié)構(gòu)、助力抗癌新藥研發(fā)……作為設(shè)施后續(xù)，上海光源線站工程即將完工，上海張江的硬X射線自由電子激光裝置、北京懷柔的高能同步輻射光源正在建設(shè)。

　　公益設(shè)施主要為經(jīng)濟建設(shè)、國家安全和社會發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、種質(zhì)資源和信息服務等。中國遙感衛(wèi)星地面站、長短波授時系統(tǒng)、中國西南野生生物種質(zhì)資源庫就是這類設(shè)施。中國遙感衛(wèi)星地面站經(jīng)過不斷擴建，在北京、新疆等地建有衛(wèi)星接收站，具有覆蓋我國全部領(lǐng)土和亞洲70%陸地區(qū)域的衛(wèi)星數(shù)據(jù)實時接收能力。它提供的衛(wèi)星資料廣泛應用于土地、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利等部門的資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)勘探、測繪、城市規(guī)劃、水火蟲災害監(jiān)測評估。地震、洪災、泥石流發(fā)生后，管理部門通過災前和災后的遙感數(shù)據(jù)對比，評估災害程度、制定救災方案。近幾年，中國遙感衛(wèi)星地面站還成功實現(xiàn)了“悟空”“墨子”“慧眼”等衛(wèi)星的數(shù)據(jù)接收，保障了空間科學衛(wèi)星高水平成果產(chǎn)出。

　　打造科技領(lǐng)域新基建，助力實現(xiàn)高水平科技自立自強

　　隨著我國科技強國建設(shè)腳步不斷加快，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的布局建設(shè)被納入新基建范疇。越來越多設(shè)施面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，成為科技領(lǐng)域不可或缺的力量。

　　面向世界科技前沿，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮著策源地作用。基礎(chǔ)研究是整個科學體系的源頭，不少設(shè)施為此立下汗馬功勞。高海拔宇宙線觀測站記錄到人類觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認知，打開了超高能伽馬天文學的新窗口。面對快速射電暴起源這一天體物理領(lǐng)域前沿問題，我國科研工作者利用“慧眼”衛(wèi)星精準定位了快速射電暴對應的X射線天體，還利用“中國天眼”第一次捕捉到了快速射電暴多樣化的偏振信息，揭示其來源和輻射機制。東方超環(huán)實現(xiàn)了1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運行的最長時間。該裝置取得的系列創(chuàng)新成果，為自主建造聚變工程實驗堆提供了重要的實驗基礎(chǔ)。

　　面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場和人民生命健康，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新引擎。比如醫(yī)療領(lǐng)域，重離子研究設(shè)施一展身手。重離子進入人體后，有一個奇妙功能——按照重離子的能量停留在某一深度。科研工作者設(shè)想利用這一特性，可以殺死體內(nèi)癌細胞而對正常細胞幾乎沒有傷害。中科院近代物理所依托重離子研究設(shè)施，經(jīng)過多年努力，實現(xiàn)了我國癌癥治療專用重離子加速器——碳離子治療系統(tǒng)的商業(yè)應用，打破了我國高端放療市場被國外產(chǎn)品壟斷的局面，成為我國在大型醫(yī)療設(shè)備方面的重要突破。

　　面向國家重大需求，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施搭建起解決需求的重要平臺。比如在抗擊新冠肺炎疫情過程中，武漢國家生物安全實驗室首次檢測出新冠病毒全基因組序列，首次分離出病毒毒株，為全球科學家開展藥物、疫苗、診斷研究提供了重要基礎(chǔ)。

　　國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)多樣、功能不同，但都各顯神通，成為重要科技資源。在北京懷柔、上海張江、安徽合肥、粵港澳大灣區(qū)等綜合性國家科學中心，設(shè)施建設(shè)使用如火如荼，各領(lǐng)域科研工作者正用這些利器打造創(chuàng)新高地，為建設(shè)科技強國只爭朝夕，為實現(xiàn)高水平科技自立自強不懈努力。

　　（作者分別為中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所研究員）

　　推薦讀物

　　《探索宇宙“隱形人”——大亞灣反應堆中微子實驗》：王貽芳主編；浙江教育出版社出版。

　　《神奇的光——同步輻射》：冼鼎昌著；湖南教育出版社出版。

　　《中國天眼：南仁東傳》：王宏甲著；北京聯(lián)合出版公司出版。

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