在科技迅猛發(fā)展的今天，大科學(xué)裝置作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，已成為推動科技創(chuàng)新的關(guān)鍵利器。近日，中國科學(xué)院高能物理研究所承擔(dān)的大科學(xué)裝置HEPS（高能同步輻射光源）取得階段性成果，引發(fā)廣泛關(guān)注。HEPS建成后，將躋身世界最亮的第四代同步輻射光源之列，標(biāo)志著中國正式進(jìn)入世界三大第四代高能同步輻射光源所在地行列。

今年的政府工作報告提出加快重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的體系化布局，推進(jìn)共性技術(shù)平臺和中試驗證平臺建設(shè)。目前，中國已布局建設(shè)77個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施或大科學(xué)裝置，盡管如此，與發(fā)達(dá)國家相比，我國在這一領(lǐng)域仍有一定差距。

為深入了解HEPS的意義和大科學(xué)裝置的重要性，我們請了兩位權(quán)威專家：中國科學(xué)院高能物理研究所研究員焦毅，以及中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院研究員穆榮平，一同討論大科學(xué)裝置的問題。

嘉賓介紹：

穆榮平 ?中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院研究員

焦 ?毅 ?高能同步輻射光源加速器部副主任

柴瀚杰 ?多年科普行業(yè)從業(yè)者，科普自媒體創(chuàng)作者

高能同步輻射光源的"高能"體現(xiàn)在哪里？同步輻射又是什么？

焦毅：高能同步輻射光源的"高能"主要通過電子束流的能量來區(qū)分。我們的HEPS電子束流能量達(dá)60億電子伏特，遠(yuǎn)高于中能（30-40億電子伏特）和低能（10-20億電子伏特）光源。

同步輻射是一種覆蓋廣泛電磁波波段的輻射，我們主要關(guān)注X射線波段。1940年代，科學(xué)家在同步加速器上首次發(fā)現(xiàn)這種高品質(zhì)輻射，因此簡稱為同步輻射。它就像一個超大型的先進(jìn)X光機(jī)，性能比醫(yī)院的X光機(jī)高十幾個數(shù)量級。從龐大的工程材料到微小的細(xì)胞、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，它都能進(jìn)行精確檢測。

HEPS的束流存儲是什么概念？

焦毅：束流存儲是HEPS光源中最核心部分——儲存環(huán)的主要功能。光源建設(shè)經(jīng)歷設(shè)備研制、安裝和調(diào)試等階段后，最后進(jìn)行束流調(diào)試。這一步驟對光源建設(shè)至關(guān)重要，標(biāo)志著光源加速器的物理設(shè)計、工程設(shè)計，以及設(shè)備的研制、安裝、調(diào)試都取得了成功，意味著光源距離建成投入使用更近了一步。

高能同步輻射光源在實際應(yīng)用中有哪些優(yōu)勢？

焦毅：高能光源的應(yīng)用范圍廣泛。例如，它可以像醫(yī)院的X光機(jī)給人體拍片一樣，對高端工程材料進(jìn)行無損檢測，發(fā)現(xiàn)加工過程中的瑕疵。高能光源的穿透深度可達(dá)厘米量級，能對較厚的工程材料進(jìn)行檢測。

在生命科學(xué)領(lǐng)域，X射線可以觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)。我國科學(xué)家利用上海光源解析了新冠病毒的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，為藥物開發(fā)和疫苗設(shè)計提供了重要基礎(chǔ)。早在2003年，清華大學(xué)饒子和院士團(tuán)隊就利用北京正負(fù)電子對撞機(jī)（第一代光源）解析了非典病毒的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，迅速找到了潛在的藥物化合物。

第四代高能同步輻射光源相比第三代有何優(yōu)勢？

焦毅：我國的第三代光源——上海光源于2009年建成，為相關(guān)學(xué)科提供了重要支撐。相比之下，第四代光源HEPS在規(guī)模和造價上只增加了2-3倍，但在性能上，電子束的束流發(fā)射度和同步光的亮度提高了2-3個數(shù)量級。這意味著我們能以更高的分辨率探測微觀結(jié)構(gòu)，看得更清晰，也使得一些在三代光源上無法開展的前沿研究成為可能。

HEPS建成后會對我們的生活產(chǎn)生哪些影響？

焦毅：HEPS建成后，將為物理、化學(xué)、先進(jìn)材料、生命科學(xué)、能源環(huán)境等前沿研究提供強(qiáng)有力的支持。作為一個開放的平臺型大科學(xué)裝置，它將吸引全球優(yōu)秀科學(xué)家參與建設(shè)、運行和使用，同時培養(yǎng)一批頂尖科學(xué)家和優(yōu)秀青年人才，為重大創(chuàng)新成果和關(guān)鍵核心技術(shù)突破創(chuàng)造良好環(huán)境。

什么樣的裝置能稱為大科學(xué)裝置？

穆榮平：從字面上理解，大科學(xué)裝置確實在規(guī)模上很“大”。比如位于懷柔的HEPS，又如被稱為“天眼”的FAST望遠(yuǎn)鏡，也是一個巨大的科學(xué)裝置。大科學(xué)裝置的重要性在于它能做的事情很多。由于其規(guī)模大，可以創(chuàng)造極端條件，讓我們觀察到在一般條件下看不到的許多物理現(xiàn)象。這些裝置不僅可以用于前沿科學(xué)研究，還能培養(yǎng)高水平人才。

大科學(xué)裝置有單體的，也有組合的。目前，我國在建和運行的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施大約有75到76個，這包括大型單體裝置和一些雖然分散但非常重要的組合設(shè)施。

為什么說大科學(xué)裝置是“國之重器”？

穆榮平：重大科技基礎(chǔ)設(shè)施是國家創(chuàng)新能力的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。它們不僅規(guī)模大、投資大，更重要的是對國家發(fā)展的全局和長遠(yuǎn)有重要影響。大科學(xué)裝置可分為偏基礎(chǔ)科學(xué)、偏前沿技術(shù)和瞄準(zhǔn)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)等類型。短期內(nèi)，它們能解決國家發(fā)展中的具體問題，如超高音速飛行的風(fēng)洞試驗。長遠(yuǎn)來看，如高能物理研究有助于認(rèn)識自然規(guī)律，影響未來技術(shù)發(fā)展。此外，建造過程中往往會衍生出許多新技術(shù)，這些技術(shù)本身就是科技創(chuàng)新的重要成果。

我國還有哪些值得關(guān)注的大科學(xué)裝置？

穆榮平：我國擁有多個重要的大科學(xué)裝置。1980年代，我國最早建成的三個大科學(xué)裝置是北京正負(fù)電子對撞機(jī)、蘭州重離子加速器和合肥同步輻射光源?，F(xiàn)在，我們還有上海光源、強(qiáng)磁場裝置、FAST等。在廣東惠州，還有核材料相關(guān)的重要裝置。從“十一五”到“十四五”，每個五年計劃大約建設(shè)15個左右的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。

不同類別大科學(xué)裝置的作用是什么？

穆榮平：大科學(xué)裝置能帶來多種可能性?；A(chǔ)科學(xué)研究可分為基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和工程技術(shù)三個層次。大科學(xué)裝置如同一個大系統(tǒng)，以同步輻射光源為例，光源提供光，就像有了一把“槍”，而后續(xù)的研究人員則決定用這把“槍”來“打”什么目標(biāo)。不同的線站離我們的日常生活可能更近，比如材料研究線站、生命科學(xué)線站等。

國際上有哪些大科學(xué)裝置值得我們關(guān)注？

穆榮平：我們可以關(guān)注一下發(fā)達(dá)國家在二戰(zhàn)后建立的一些重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，比如英國的哈威爾科技城、法國的格勒諾布爾科學(xué)中心、歐洲核子中心、德國電子同步輻射加速器（DESY）、美國的斯坦福線性加速器等。這些地方不僅有大型科學(xué)裝置，還匯聚了以科學(xué)家為主的科研機(jī)構(gòu)和與產(chǎn)業(yè)相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)，形成了強(qiáng)大的科研集群。在中國，我們正在建設(shè)科學(xué)城，也是期望能夠建立類似的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施集群。

大科學(xué)裝置的價值不僅僅在于它存在于某個研究機(jī)構(gòu)里，更重要的是它的開放性。我們希望能讓更多有創(chuàng)新思想的人參與到這些裝置的研究中來，從而產(chǎn)生更多的科研成果。

大科學(xué)裝置的建設(shè)與發(fā)展關(guān)乎國家科技創(chuàng)新實力和未來發(fā)展。我們應(yīng)當(dāng)加大投入和支持力度，培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才，不斷提升科技創(chuàng)新能力。讓中國的大科學(xué)裝置在世界科技舞臺上綻放光彩，為人類科技進(jìn)步貢獻(xiàn)中國智慧和力量。

嘉賓

穆榮平 焦毅 柴瀚杰

出品人

阮草

總策劃

孟令耘

監(jiān)制

于春

主持人

楊斯寧

策劃

馬依斐

統(tǒng)籌

白竟楠 康歡

導(dǎo)演

李嫣茹

編輯

鄭羽佳 王淇薇 王珊

攝像

王亦文 ?李嫣茹 趙益瑋 楊思壯

剪輯

王亦文 吳玉順

設(shè)計

楊家寧 李學(xué)維 巨淇 楊璐

出品單位

中國科協(xié)科學(xué)技術(shù)傳播中心

制作單位

中科海鎂（北京）科技有限公司

特別鳴謝

中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院

中國科學(xué)院高能物理研究所

嘉賓言論屬個人觀點不代表本中心立場