趙振堂院士揭秘：大科學裝置，科研領域的“超級航空母艦”！

　　“大科學裝置決定著人類在某一個或多個領域的前沿研究上取得突破的能力，是建立具有強大國際競爭力的國家大型科研基地的重要條件、科學研究的‘航空母艦’以及‘航母戰斗群’。”在11月3日舉辦的2023全球硬科技創新大會“光子產業發展暨硬科技成果轉化論壇”上，中國工程院院士趙振堂多次強調大科學裝置的重要性。

　　在趙振堂看來，大科學裝置與大科學研究密不可分。美國科學家溫伯格于上世紀五十年代提出“大科學概念”，強調以火箭、加速器和反應堆為標志的大型科研項目；美國科學家賴斯在“大科學概念”提出幾年后出版了《小科學，大科學》一書，認為第二次世界大戰前的科學屬于小科學，人類社會從“二戰”開始進入“大科學時代”，特征是強調科學研究的總體社會規模。

　　大科學研究是有眾多科學家參與的高度組織化的知識生產活動，目標宏大，特別是投入規模大、多學科綜合交叉、依賴于大型或復雜的研究設施。

　　由此誕生大科學工程。大科學工程是基于科學并為了科學而建造大型科研裝置的工程活動，有時它本身就是大科學的一個組成部分。大科學工程既有明確的科學目標，又有明確的工程技術指標，具有雙重性。大科學工程既有集成創新、也有理論概念、設計方法、裝置技術和實驗技術創新，是一個不斷沖擊學科前沿和技術極限的發展過程。

　　大科學工程建造的科研裝置就是大科學裝置。大科學裝置指的是為提升探索未知世界、發現自然規律、實現科技變革的能力，通過國家統籌布局，依托高水平創新主體建設，面向社會開放共享的大型復雜科學研究裝置或系統，是長期為高水平研究活動提供服務、具有較大國際影響力的國家公共設施。它的主要特點是科學技術意義重大，影響面廣且長遠，建設規模和耗資大，建設時間長；技術綜合、復雜，需要研制大量非標設備，具有工程與科研的雙重性；其產出是科學知識和技術成果，而不是直接的經濟效益，建成后要通過長時間穩定的運行、不斷地發展和持續的科學活動才能實現預定的科學技術目標；從立項、建設到利用的全過程，大科學裝置都表現出很強的開放共享和國際化的特色。

　　大科學裝置對科技發展具有巨大的支撐作用，為諸多學科前沿研究及其交叉研究提供先進的實驗平臺，促進學科發展，集聚和培養高水平科技人才，將助力科研生態建設，提升國際科技合作的層次和水平。大科學裝置已經成為國家科技能力的重要標志，將帶動國家高新技術的發展和綜合集成，是眾多高新技術的源泉和高新技術產業的搖籃。

　　在這些大科學裝置中，光子大科學裝置是人類探索物質世界一種最重要的工具。光子大科學裝置主要有同步輻射光源與自由電子激光等多種類型。這些加速器X射線光源可形象地看作是由高品質的“巨型X光機”和“超級顯微鏡”組成的，它們以其高亮度、高準直性、波長可調、高相干性和短脈沖等不可替代的優點，成為了支撐眾多學科前沿基礎研究與高新技術研發不可或缺的實驗手段。

　　加速器光源集群結合了同步輻射光源和自由電子激光。同步輻射光源的應用領域很廣泛，包括先進材料、石油化工、消費產品、工業材料和能源與環境等多個領域。X射線自由電子激光對化學反應超快過程的理解和控制將加快下一代清潔能源技術的發展；對促進新型藥物研制、可再生能源的研究、材料電磁特性和納米結構的觀測等方面有重要的推動作用，將幫助人類理解聚變反應和星球本質。

　　以上海光源為例，經過一期及后續工程建設，上海光源現有34條光束線和46個實驗站投入運行，已成為目前我國服務用戶最多、成果產出率最高的大科學裝置。上海光源開放運行以來，已服務遍布全國700多家單位約3900個課題組的4萬多名用戶，在生命、能源、材料、物理和化學等諸多領域，產出了一批重大成果。上海光源支撐了入選“中國十大科技進展新聞”“中國科學十大進展”“國家自然科學獎一等獎”“國家科學技術進步獎二等獎”等的一系列科研成果產出。

　　上海光源在催化材料研發、單原子催化、納米限域催化、生物大分子結構解析和新藥物研發、高性能材料研發、合金凝固黑箱問題破解、助力石墨烯走向產業自主創新和加速器技術進步與國產化等方面發揮了重要作用。

　　大科學裝置可有力支撐前沿研究、技術創新和產業研發取得突破，對技術進步和產業發展乃至人才集聚與培育有重要的帶動作用。