散裂中子源、強磁場裝置、同步輻射光源、大型天文望遠鏡……近年來，一項項神秘的大科學裝置陸續(xù)建成并投入使用，它們或隱世于高山峽谷，或藏身在喧囂城市的地下，雖然不被世人所熟悉，卻自帶耀眼的光環(huán)。它們作為重大科技基礎設施，伴隨著一項項大科學計劃，締造著中國乃至世界科學的未來。

這些大科學裝置何以成為"國之重器"?它們究竟發(fā)揮著怎樣的作用?又將承載什么樣的使命?

大科學裝置發(fā)展進入快車道

在國家蛋白質(zhì)科學研究(上海)設施運行之前，中國科學家想要完成蛋白質(zhì)結構的解析，只能去日本、美國。而現(xiàn)在，一批又一批跨國企業(yè)和國外優(yōu)秀科學家紛紛來到中國，使用國家蛋白質(zhì)科學研究(上海)設施的設備和服務開展前沿課題研究，一系列誕生于此的重要成果發(fā)表在Nature、PNAS等高水平國際學術刊物上。

國家蛋白質(zhì)科學研究(上海)設施何以有如此吸引力?這項大科學裝置集中了我國自主研發(fā)的規(guī)?；鞍踪|(zhì)制備系統(tǒng)，實現(xiàn)了蛋白質(zhì)制備全流程的高度集成和流水線作業(yè)，而且在樣品處理通量上超過半自動化系統(tǒng)10倍、超過傳統(tǒng)的人工系統(tǒng)100倍，居于國際領先水平。因此，它很快就成為國際上有重要影響的大型綜合研究創(chuàng)新基地，也是我國科學家探索生命奧秘的利器。

作為當今全球生命科學領域首個綜合性的大科學裝置，國家蛋白質(zhì)科學研究(上海)設施能夠滿足80%以上研究用戶的需要。在開放試運行的第二年底，就已經(jīng)執(zhí)行用戶課題800多個，服務150多家單位，各系統(tǒng)累計運行95000多小時。

從無到有、從小到大、從學習跟蹤到自主創(chuàng)新，這些年，我國一大批大科學裝置橫空出世，驚艷世界。中國"天眼"FAST，500米口徑球面射電望遠鏡，將覆蓋30個足球場大小的信號，聚集在藥片大小的空間里，實現(xiàn)了新的突破;中國西南野生生物種質(zhì)資源庫，主要收集和保存云南及周邊地區(qū)和青藏高原的種質(zhì)資源，與世界其他著名的種子庫相比，是唯一建立在"生物多樣性熱點地區(qū)"的種質(zhì)資源庫;上海同步輻射光源，是世界上性能最好的第三代中能同步輻射光源之一……

這些各領風騷的大科學裝置不但覆蓋面越來越廣，包括時間標準發(fā)布、遙感、粒子物理與核物理、天文、同步輻射、地質(zhì)、海洋、能源和國家安全等眾多領域，而且近年來裝置設施的數(shù)量、建造規(guī)模也逐步擴大。中科院高能物理研究所北京正負電子對撞機國家實驗室主任陳和生表示，我國的大科學裝置發(fā)展已經(jīng)進入快車道，取得了很多重大科學成果，有些已經(jīng)處于國際領先地位。

這批"國之重器"為研究物質(zhì)結構提供了最先進的技術手段，支撐著國內(nèi)外科學家開展物質(zhì)基本結構、宇宙起源與演化、生命起源等重大科學問題的探索，在世界科學研究的舞臺上熠熠生輝。

"神兵利器"帶來累累碩果

對于大科學裝置，建好僅僅是開始，用好才是關鍵。大科學裝置陸續(xù)投入使用，滿足了國內(nèi)日益增長的科研需求。

自上世紀90年代以來，中科院高能物理研究所借助北京正負電子對撞機，獲得了多項重大成果，居于國際領先水平，成為世界領先的高能物理研究中心之一。同時還"一機兩用"，成為我國眾多學科的同步輻射大型公共實驗平臺。

上海光源一期雖然只有7條光束線站，但是自2009年建成后需求極大，去年已有近400家單位、1萬多人成為用戶，線站供不應求，取得了眾多有價值、有影響力的科研成果。從地域分布上看，上海光源的用戶幾乎覆蓋我國所有省區(qū)市，還有10多個國家和地區(qū)的科研人員以合作形式來到這里，開展研究工作。

有這些"神兵利器"加持，我國的科研水平迅速提升，取得的成果日益豐富。

世界最大單口徑、最靈敏的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)落成啟用，大幅提升我國深空測控能力。上海超強超短激光實驗裝置達到國際最高激光脈沖峰值功率，合肥穩(wěn)態(tài)強磁場裝置實現(xiàn)了40萬高斯穩(wěn)態(tài)強磁場，全超導托卡馬克裝置(EAST)創(chuàng)造聚變等離子體穩(wěn)態(tài)高約束模大于60秒的世界紀錄，大亞灣中微子實驗發(fā)現(xiàn)了新的中微子振蕩并精確測量其振蕩幾率。

除了大科學裝置結出的累累碩果外，反觀大科學裝置的存在本身，已經(jīng)遠遠超出一件新"神器"的意義。因為它們本身就集成了許多科學前沿領域的重大原創(chuàng)突破，凝聚了各個方面的創(chuàng)新驅(qū)動力，培育了一批科研后備力量。它們更多在發(fā)揮著"科技航母"的關鍵作用，直接促進了大批原始創(chuàng)新成果、核心關鍵技術的產(chǎn)生。

當承建單位研發(fā)出符合FAST要求的新鋼索時，申請了12項專利;上海光源不僅推動生命科學、材料科學、環(huán)境科學等多學科領域科技創(chuàng)新，還對現(xiàn)代高性能加速器、高精密機械加工、X射線光學等先進技術和相關產(chǎn)業(yè)升級起到了重要作用;不少過去參與北京正負電子對撞機建造的廠家現(xiàn)在已經(jīng)成長為領軍企業(yè)，他們都談到，當年對撞機的建造對于企業(yè)自身生產(chǎn)工藝帶來很大提升。

每建設一項大科學裝置，對我國工業(yè)基礎就是一次嚴峻的考驗。在高標準的技術要求篩選下，大科學工程建設培養(yǎng)和匯聚了一批國內(nèi)最牛的施工單位和高技術企業(yè)，它們邊"追趕"邊"補課"，創(chuàng)造了一個又一個"中國制造"的奇跡。

面向未來搶占科技制高點

從2011年9月到2015年6月，經(jīng)過3年多巡天，LAMOST共觀測了2669個天區(qū)，對外釋放了約570萬條光譜數(shù)據(jù)，成功獲取高質(zhì)量恒星光譜462萬個，比世界上所有已知光譜巡天項目獲取的數(shù)據(jù)總數(shù)還要多，讓我國占據(jù)了學術的高地。

當LAMOST在探望蒼穹之時，一艘名叫"科學"號的海洋科學綜合考察船桅桿高立，威武浩蕩地駛向大海。目前，借助"科學"號，科學家已經(jīng)成功開展了西太平洋沖繩海槽熱液、南海冷泉、主流系、馬努斯海盆和雅浦海山等航次綜合調(diào)查，獲得了大量珍貴的海洋資料。

不同領域的先進科技裝備使我國走向自主創(chuàng)新高地，搶占科學前沿陣地。這些集"顏值"與"實力"于一體的大科學裝置，代表著各種大型復雜科學的研究系統(tǒng)，為科學家探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律及實現(xiàn)技術變革提供極限研究手段，也是經(jīng)濟社會發(fā)展不可或缺的技術基礎設施。它們推動了我國粒子物理、核物理、生命科學等領域的科研水平進入國際先進行列。通過發(fā)揮大科學裝置的最大能量，讓我國在國際合作與競爭中更具話語權，更好地參與國際前沿科技的競爭。

如何幫助人們遠離越來越頻繁發(fā)生的災難?在煤炭、石油等資源枯竭后，人類將依靠什么能源繼續(xù)生存下去?怎樣保持這顆美麗星球的生物多樣性?這一系列未知的難題，大科學裝置正在一一破解。

EAST，是我國自行設計建設的世界首個"全超導托卡馬克"核聚變實驗裝置，被譽為"人造太陽"。據(jù)中科院合肥分院等離子物理研究所助理研究員鄢容介紹，依靠環(huán)形磁場作為"容器"，聚變原料實現(xiàn)可控的核聚變反應，獲得大量能量，進而得到清潔能源。"核聚變的原料從海水中提取，非常安全，一升海水可以提取33克原料，相當于300升石油釋放的能量。海水里的核聚變原料非常豐富，可以供人類使用上億年。"鄢容說。

不僅未來可期，當前人類已經(jīng)在大科學裝置的建設中受益。如今，一種新的治療癌癥的方法誕生，它利用高速的重離子束對病變組織進行治療。重離子治療癌癥是當代世界上公認的先進有效的放療方法，與傳統(tǒng)的放射治療相比，重離子束對健康組織輻射損傷輕、療程短、治愈率高。而重離子治療技術的開展，正是依托于一個屬于"大科學裝置"的機器--重離子加速器。

這批重大科技基礎設施，不光是高高在上的科研利器，它還解決了一批關乎國計民生和國家安全的重大科技問題，在載人航天、資源勘探、防災減災等方面也發(fā)揮著不可替代的作用?？梢哉f，大科學裝置正在加速改變我們的現(xiàn)在和未來。

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