大科学装置集群支撑长三角科技协同发展

■ 文/赵振堂

通过大科学装置集群，发挥上海对长三角科技创新一体化的推动作用，建立协同与协调机制，不仅能很好地解决低效重复的问题，而且能更好地发挥大科学装置支撑科技发展、人才集聚和成果辐射的作用。

《小科学、大科学》是美国耶鲁大学科学史专家普赖斯教授在1962年6月发表的一个演讲报告。他认为，在第二次世界大战以前的科学属于“小科学”，第二次世界大战以后则进入了“大科学”时代。为什么“小科学”变成了“大科学”？因为“小科学”的特点是大部分科学研究活动靠个别科学家发起，只有一个或几个实验室参加，管理上依靠的是传统的科层管理模式；“大科学”的特点是目标宏大、投资巨大、规模大、尺度大，多学科交叉协同合作，传统管理模式难以胜任。在“大科学”时代，科研项目往往具有高度的系统性、复杂性、集成性，涉及多学科交叉，投资强度大，需要建设与利用昂贵和复杂的设备即大科学装置，因而，按照“小科学”时代的组织和管理模式，靠单个的科研单位和机构、单个的科研工作者或团队闭门造车式的科研模式，已经完全不能适应大科学工程和分布式研究的要求。

大科学装置在科技创新中的协同作用

大科学装置是“大科学”时代科技发展的基础条件，也是实现重大科技突破的必要条件。大科学装置也称重大科技基础设施，一般分为三类：一是专用大科学装置，在特定的学科领域里为达到特定的科学目标配备的专用研究装置，如高能物理与核物理加速器设施；二是公共实验平台型大科学装置，在多学科领域为基础研究、应用研究甚至产业研究提供支撑和服务，如同步辐射光源和X射线自由电子激光；三是公益性设施，为国家经济建设、国家安全科技信息发展提供基础数据，如遥感卫星地面站与授时中心。

上海光源的建设和运行开放不仅集聚了一支高水平的装置研发队伍，而且还汇聚和培育了一批高水平的用户。这当中，来自长三角地区高校和科研机构的研究人员在上海光源开展实验研究的比例是全国最高的。

瞄准重大科技目标，在某一区域将相关的大科学装置有机地组合起来，形成大科学装置集群，就好比配备一个科技航空母舰战斗群，集结了科技攻关所需的配套战斗能力。首先，这样的大科学装置集群具有更强的协同和综合攻坚能力，可以解决单一装置单打独斗解决不了的问题，在科技前沿取得重大突破。其次，大科学装置集群具有更强的人力、智力、资源和成果产出的聚集能力，可有力地支撑国家综合性科学中心和科研高地的形成和发展。第三，大科学装置集群具有更强的交融作用，学术学科的交流融合、交叉融合，不断促进新思想、新方向、新学科的产生和交汇，形成有利于创新的新型科技生态。第四，大科学装置集群具有更强的辐射作用，可促进科学技术成果转化，辐射所在地区和相关行业。

张江光子大科学装置集群

光子大科学装置是生命、物质、能源、信息等多学科前沿研究不可或缺的重大科技基础设施。目前，上海正崛起世界上集聚程度最高的大科学装置群——张江光子大科学装置群。为什么要建设光子大科学装置群？因为利用红外线到X射线波段的光子，不仅可以探测和研究物质的各种静态和动态属性，更为重要的是还可以在分子水平上对材料等物质结构实现功能和动态过程的分析和控制，进而发展相关技术，推动科技发展。在上海张江建成世界级的光子大科学装置集群，不仅可以聚焦世界科技前沿、探索科学未知，还可以聚焦国家战略和重大需求，以蓬勃的科学原创力更好地推动产业和经济发展。

张江光子大科学装置群包括上海光源、国家蛋白质中心上海设施、软X射线自由电子激光装置、超强超短激光实验装置、硬X射线自由电子激光装置等，以加速器光源为主力设施。加速器光源在上海的发展始于20世纪90年代中期，从同步辐射光源发展到X射线自由电子激光。其中，软X射线自由电子激光装置由3个项目组合而成，包括自由电子激光实验装置、自由电子激光用户装置、活细胞结构和功能成像平台，它们分别于2014年和2016年开工建设；紧随其后的硬X射线自由电子激光装置于2018年开工建设，该装置建成后将成为世界上最先进的自由电子激光用户装置之一，为物理、化学、生命科学、材料、能源等多学科提供超快过程探索、先进结构解析、高分辨成像等尖端研究手段，将形成独具特色、多学科交叉的先进科学研究平台。

上海光源：第三代同步辐射光源

在上海张江，有一座“鹦鹉螺”形状的建筑，这里容纳的是上海光源——我国第一台由国家和地方共同投资、中国科学院和上海市合作建设的大科学装置。上海光源经历了10年的设计优化和关键技术预制研究，于2004年12月动工建设，2009年5月建成向用户开放，每年除了冬季一个月和夏季一个半月进行集中维护外，其他时间都是全天候24小时运行。上海光源包含3台加速器，分别是一台150MeV的电子直线加速器、一台能在0.5秒内把电子束能量从150MeV提升到3.5GeV的全能量增强器和一台周长432米的3.5GeV高性能电子储存环。上海光源不负众望，成为中外科学家观察和研究微观世界的“神奇之光”，产出了一系列有影响力的重大成果。无论是装置性能还是产出的用户成果质量和数量，上海光源都处于国际同类装置的第一方阵。

上海光源目前建有15条光束线和19个实验站，包括2009年首批建成的7条光束线和8个实验站，以及后续建成的8条光束线和11个实验站。基于这些主要技术指标处于国际先进水平的束线站，上海光源已服务了来自全国各地的高校、研究机构、医院和企业等500多家单位的2万多名用户，包括从事生命科学、物理、化学、材料、能源和环境等诸多学科前沿基础研究，以及生物医药、微电子等产业高技术开发的科研人员。截至目前，上海光源已执行课题1万多个，服务了2400多个课题组，支持用户发表SCI论文4000多篇，其中发表在顶级期刊《自然》《科学》和《细胞》上的论文就有92篇。上海光源的应用情况也从一个角度反映了地区性的科技创新活跃程度，在500家单位中，长三角占了150家，在课题组的分布中，长三角占47%。从研究活力、科研投入GDP占比和科研的人数上看，长三角地区的数据都非常突出。

大科学装置可使科学家将创新思想付诸实践，在科技前沿取得突破，从而解决一些前人无法解决的重大科学问题。上海光源的运行有力地支撑了我国相关的学科和科技发展，使中国科学家可以在国内开展一些以往不能开展的科学研究工作，还可以开展一些在国外也不能开展的实验研究工作。中国科学院每年对院内17个大科学装置产出的科研成果进行了统计评比，从2012年到现在，上海光源的用户重大成果占比约为35%，成效十分显著。另外，从历年评选的中国十大科技进展新闻、中国科学十大进展，以及国外相关领域科学进展等来看，上海光源也有骄人的贡献。

上海光源的建设和运行开放不仅集聚了一支高水平的装置研发队伍，而且还汇聚和培育了一批高水平的用户。这当中，来自长三角地区高校和科研机构的研究人员在上海光源开展实验研究的比例是全国最高的。从整体上来看，上海光源不仅支持了重量级科学家带领团队进行前沿突破，同时还在培养未来科学家方面发挥了重要的作用，大批的青年科学家和研究生通过在上海光源开展科研工作而迅速成长起来。

上海光源已运行的束线站数量尚不足它容量的1/3，为进一步提升上海光源的实验能力，以新建16条光束线和25个实验站为主要内容的上海光源线站工程（上海光源二期）于2016年开始建设，此外还有企业投资建设的3条光束线和5个实验站即将动工建设，到2021年建成之后，上海光源的用户接待能力将超过5 000人/年，它的实验研究能力将大幅度增强、实验手段将全面升级、实验方法将成倍增加。在此基础上，将同步辐射光源与自由电子激光和超强超短激光光源等有机地结合起来，为前沿研究提供更强的、综合性的实验研究能力，将形成支撑科技前沿突破功能强大的研究平台，攻克重大科技难题。未来，张江光子大科学装置群还将与合肥的大科学装置群结合起来，形成优势互补。在长三角联动的基础上，大科学装置群可以发挥更强大的作用，包括对人才的培养以及对集聚交流的促进。

展望未来，一批高水平的大科学装置将在长三角地区相继建成，提供高效服务，支撑科技协同发展的能力也将会得到大幅度提升。一大批研究平台正在加快建设，与大科学装置群形成全面和系统的配套能力，将大幅度提高攻坚突破和协同创新的能力。我们相信长三角地区将会成为国家大科学装置集中度最高的区域，各类科技人才、研究机构高度集聚，上海张江和安徽合肥综合性国家科学中心协同发展，为建设世界科技强国贡献力量。