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。“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設施，正是推動重大科技創新的利器。“中國天眼”、中國散裂中子源、東方超環、上海光源等設施，已然成為人們熟知的科技“明星”、國之重器。

　　國家重大科技基礎設施起源於上世紀40年代，雖然歷史不長，卻為人類科技創新做出突出貢獻。我國國家重大科技基礎設施萌芽於“兩彈一星”時期，改革開放后，北京正負電子對撞機作為重要裡程碑，標志著國家重大科技基礎設施進入成長期。上世紀90年代以后，在科教興國戰略指導下，有關部門立項支持了一批設施的啟動建設。黨的十八大以來，在相關規劃指導下，國家重大科技基礎設施在范圍、數量和質量上實現新的躍升，迎來快速發展時期。

　　創造極限研究條件，讓科學探索和科技創新走得更遠

　　國家重大科技基礎設施，是指為提升探索未知世界、發現自然規律、實現科技變革的能力，由國家統籌布局，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施。為什麼要有國家重大科技基礎設施？這要回到科學探索的規律上來，國家重大科技基礎設施就像開啟未知領域的鑰匙，可以創造更高能量、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實驗，獲得新發現。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，舉全國之力統籌布局的大型望遠鏡成為國家重大科技基礎設施。為探索微觀世界規律，人們發明了粒子加速器，它基於同步輻射光源、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設施。

　　按照用途，國家重大科技基礎設施分為三類：專用設施、公用設施和公益設施。

　　專用設施為實現特定學科領域重大科技目標而建，瞄准國際前沿，用途明確具體，用戶群體固定。依托專用設施，科研工作者可以在前沿方向上實現突破。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。其基本參數的變化會影響整個物質世界大廈的構成，中微子混合角θ13就是這樣一個參數。已經完成使命的大亞灣中微子實驗站位於山洞內，實驗大廳利用岩石屏蔽宇宙線本底對實驗結果的干擾，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現第三種中微子振蕩模式，並精確測量到正比於θ13角正弦平方的振蕩概率。這是中微子物理的裡程碑式發現，入選《科學》雜志2012年度十大科學突破。位於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，以推斷中微子的質量順序，這是國際科技競爭的熱點。類似的專用設施，還有研究磁約束下高溫聚變等離子體的東方超環、在射電波段研究天體結構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宇宙演化的高海拔宇宙線觀測站等等。

　　公用設施支撐眾多領域科學研究。公用設施為不特定領域的大量用戶提供實驗平台和測試手段，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於公用設施。位於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，了解發動機葉片材料，就需要這樣的工具。利用這一設施，科研人員可以給不同生產工藝的各種發動機葉片做“胸透”，並模擬不同服役條件，獲得其內部應力數據，為國產葉片的材料設計與制造工藝提供重要依據。上海光源則屬於中能同步輻射光源，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域取得一系列成果：成功發現凝聚態物質中的“幽靈粒子”——外爾費米子、解析出人源葡萄糖轉運蛋白GLUT1的三維晶體結構、助力抗癌新藥研發……作為設施后續，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。

　　公益設施主要為經濟建設、國家安全和社會發展提供基礎數據、種質資源和信息服務等。中國遙感衛星地面站、長短波授時系統、中國西南野生生物種質資源庫就是這類設施。中國遙感衛星地面站經過不斷擴建，在北京、新疆等地建有衛星接收站，具有覆蓋我國全部領土和亞洲70%陸地區域的衛星數據實時接收能力。它提供的衛星資料廣泛應用於土地、林業、農業、水利等部門的資源調查、環境監測、地質勘探、測繪、城市規劃、水火虫災害監測評估。地震、洪災、泥石流發生后，管理部門通過災前和災后的遙感數據對比，評估災害程度、制定救災方案。近幾年，中國遙感衛星地面站還成功實現了“悟空”“墨子”“慧眼”等衛星的數據接收，保障了空間科學衛星高水平成果產出。

　　打造科技領域新基建，助力實現高水平科技自立自強

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

　　面向世界科技前沿，國家重大科技基礎設施發揮著策源地作用。基礎研究是整個科學體系的源頭，不少設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域前沿問題，我國科研工作者利用“慧眼”衛星精准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。東方超環實現了1056秒的長脈沖高參數等離子體運行，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。

　　面向經濟主戰場和人民生命健康，國家重大科技基礎設施是高新技術產業發展的新引擎。比如醫療領域，重離子研究設施一展身手。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。科研工作者設想利用這一特性，可以殺死體內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施，經過多年努力，實現了我國癌症治療專用重離子加速器——碳離子治療系統的商業應用，打破了我國高端放療市場被國外產品壟斷的局面，成為我國在大型醫療設備方面的重要突破。

　　面向國家重大需求，國家重大科技基礎設施搭建起解決需求的重要平台。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。

　　國家重大科技基礎設施形態多樣、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、粵港澳大灣區等綜合性國家科學中心，設施建設使用如火如荼，各領域科研工作者正用這些利器打造創新高地，為建設科技強國隻爭朝夕，為實現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﹔北京聯合出版公司出版。

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