大科学时代的大科学装置如何建？

4月12日，“人造太阳”迎来新进展。当晚，在合肥运行的大科学装置、世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），实现了403秒高约束模等离子体运行，刷新了世界纪录。

EAST是中国自主研发的磁约束核聚变实验装置。可控核聚变被视为“人类终极能源”，想要在未来为人类发电，须满足两个条件：达到上亿度的点火温度和稳定长时间约束控制。此次EAST的突破，对提升核聚变能源的经济性和可行性起到推动作用。

如今，科学前沿的革命性突破，正越来越依赖重大科技基础设施，即大科学装置。大科学装置可创造更高能量、更大密度，或更高强度的极限研究条件，探索无尽宇宙和物质世界的微观奥秘。中科院院士、中科院原院长白春礼曾形容，“如果未来科技是一个充满无限可能的魔盒，那大科学装置是开启它的钥匙”。

今年2月，中共中央政治局就加强基础研究进行第三次集体学习，中共中央总书记习近平提到，“世界已进入大科学时代，基础研究组织化程度越来越高”“要科学规划布局前瞻引领型、战略导向型、应用支撑型重大科技基础设施”。

面向前沿的大科学装置“绝不能丢下”

快速射电暴（FBR），是一种来自银河系外的神秘射电天文现象，能在千分之一秒内，释放相当于一整年的太阳能，但其物理起源至今无人知晓。2019年，中科院国家天文台研究员李菂团队在处理“中国天眼”射电望远镜（FAST）的观测数据时，发现其探测到一例持续活跃的射电暴，并将其命名为FRB 20190520B。

之后，合作团队通过组织多台国际设备协同观测，进一步揭示了这个快速射电暴周边的复杂环境特征。2022年6月，研究成果刊发在《自然》杂志上。全球首位发现FBR的美国天体物理学家邓肯·洛里默评价，依据该发现，能推测快速射电暴有多种类型，并预测“未来几年内，人类能够拨开快速射电暴神秘的面纱”。今年3月，这一成果入选科技部“2022年度中国科学十大进展”。

FAST首席科学家李菂向《中国新闻周刊》表示，FAST出成果的速度超出自己的预期。FAST看上去是一个相当于30个足球场面积的“大锅”，坐落于贵州省平塘县，2016年落成，2020年通过验收后正式开放。快速射电暴领域是一个“年轻”的研究领域。李菂曾介绍，FAST建成前，《自然》和《科学》杂志上，中国发表的射电天文学论文数量为0，到了2022年，利用FAST，中国科学家在两刊发表快速射电暴相关论文占到当年总量的60％。毫无疑问，大科学装置为开展前沿性基础研究提供了重要支撑。

1962年，美国耶鲁大学科学史教授普莱斯提出著名的“小科学，大科学”论断。他认为，二战之前的科学都是小科学，以美国“曼哈顿计划”的实施为标志，世界进入大科学时代。科学研究越来越复杂，需要更极致的实验环境以及更大的团队。因此科学的进步，开始仰仗国家政府支持的、昂贵且复杂的实验装置或计划，比如阿波罗计划、哈勃望远镜、大型强子对撞机等。在此之后，美国、苏联、欧洲、日本等开始将大科学装置视为科技发展的核心竞争力。中科院近代物理研究所研究员杨建成曾统计，上世纪70年代以后，约40％诺贝尔物理奖都用到了大科学装置。

大科学装置大致分为两类，一种是专用大科学装置，专门用于粒子物理、核物理、聚变物理、天文学等领域，用以开展好奇心驱动的前沿探索性研究，实现“从0到1”的重大突破。国内此类装置包括北京正负电子对撞机、FAST、EAST等，这一类大科学装置的建设者往往就是使用者。另一种是平台型大科学装置，以需求和应用为主要导向，同时可用于纯粹的基础研究，服务于多学科。比如上海同步辐射光源装置（即上海光源），为生物医药、能源、材料等领域提供研发平台。

2022年9月，国家发改委高技术司副司长张志华介绍，中国目前布局建设了77个国家重大科技基础设施，其中32个在运行。

2022年11月，中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所研究员陈和生曾表示，国内能支撑国际前沿基础科学研究、特别是高水平自立自强的大科学装置，与国际相比仍有一定差距。李菂也提到，在天文领域，需要更多像“中国天眼”这样的大科学装置，“我们才能进入到国际一流的俱乐部中和高手一起玩”。

但多位受访的学者向《中国新闻周刊》指出，“十四五”规划和2035年远景目标纲要中提出建设的20多个大科学装置中，除了高海拔宇宙线观测站等几个项目是专用大科学装置外，多数是以应用和需求为导向的平台型装置。

大科学装置投资动辄数亿乃至数十亿元。国家发改委牵头科技部等多部门，每五年调整和发布一次重大科技基础设施规划。中国科学院条件保障与财务局原局长郑晓年曾负责中科院大科学装置的管理。他告诉《中国新闻周刊》，选择建设大科学装置，最核心的评估要素是能否有重大的科学产出，但也要考虑目前中国的国力能否负担得起。此外，不同类型装置都要兼顾，“但无论哪种类型设施，都要‘有用’，能解决国家实际问题，或解决重大科学问题”。

深圳综合粒子设施研究院院长、深圳产业光源总负责人孙冬柏，是国家重大科技基础设施建设中长期规划总体专家组副组长。他认为，当下，中国的确要更多投入平台型大科学装置，这不是否认面向前沿基础研究的专用大科学装置的重要性，而是面对复杂的国际形势，需要通过平台型大科学装置，解决经济、社会发展中的实际问题，比如芯片等领域的“卡脖子”难题。

中国科学院科技战略咨询研究院研究员、中国科学院创新发展研究中心主任穆荣平曾参与起草国家重大科技基础设施“十二五”规划，他告诉《中国新闻周刊》，“十四五”规划中，应用导向的大科学装置数量更多，是由中国目前的国情决定，需要解决现实需求。

仅看科学价值、技术先进性，不足以证明大科学装置高额投资的合理性。中科院樊潇潇等人系统研究了德国、澳大利亚等国的大科学装置规划方案。相关论文提到，德国目前有80多个运行、在建、规划的设施，多个项目全球领先。德国政府制定科技基础设施路线图时，最重要的环节是科学维度评估，会组织国际专家组，从科学意义、应用、可行性，及与德国科研地位的关系四个指标，进行两次评价。

评估时，每个项目都有3个该领域的国际评审专家，他们会考虑项目对开发创新领域或现有领域的重要科学意义，应用时能服务多少用户、如何共享、能产出多少论文等，可行性方面，会考量负责机构的技术、人员和资质水平。除此之外，项目的开发成本、对社会经济的短期与长期影响、是否解决国家重要需求以及培养下一代研究人员等也是综合考虑因素。

平台型大科学装置服务的用户更多，技术溢出效应更强。上海光源是中国当前用户最多的大科学装置。2010年以来，中科院院士高福团队曾利用上海光源线站分析，揭示了禽流感、埃博拉等流行病毒的感染机制。此外，基于上海光源的实验数据，罗氏、辉瑞等知名药企进行了新药研发。新冠疫情暴发后，科研人员依托同步辐射光源得到蛋白酶结构的解析，为抗病毒药物研制提供了必要基础数据。相比之下，专用大科学装置往往探索的是高而远的“无用”研究，出大成果也有很强的不确定性。

但中科院高能物理所研究员张新民对《中国新闻周刊》，当下强调应用导向和平台型大科学装置的同时，面向前沿探索的大科学装置“绝不能丢下”。从长远来看，未来中国的平台型大科学装置想要发展更好，同时需要专用大科学装置在基础研究领域有重大突破，才能在技术上实现从跟跑到领跑。

业内的共识是，专用大科学装置想要出大成果、好成果，在性能指标上要有独特性或世界领先。以FAST为例，李菂对《中国新闻周刊》说，世界上专用大科学装置很少出现刚开放使用，就系统性产出大成果的情况，FAST开放使用3年后，目前已进入到系统性“出好成果、出大成果”的发展阶段。“FAST大科学装置设计的出发点很重要。设计者南仁东先生在提出这一方案时就立足于建设世界上单口直径最大的射电望远镜。”李菂解释说。

李菂认为，设备只是研究手段，想出好成果，一线科研人员还要思考，如何提出有创新性的科学问题，同时，还需要依靠一些运气。李菂坦言，FAST建成后，正赶上快速射电暴学术领域的活跃发展期，同期，作为世界上灵敏度最高的射电望远镜之一的美国阿雷西博望远镜的坍塌，使FAST失去了一个强劲的对手，进一步推动“中国天眼”站在了世界天文领域的舞台。

“有光则灵”？

过去三四年，一些地方政府主动找到中科院院士、中科院高能物理所所长王贻芳，希望高能所在当地建设光源类大科学装置。“一些地方觉得光源是个好东西，但他们没有建设和运行团队，以为跟盖房子一样。”王贻芳说。最终他婉拒了这些请求。

光，是认识物质和生命最基本的工具。同步辐射光源、自由电子激光、散裂中子源等作为先进光源，是科学家认知微观世界、探索物质结构的“高清照相机”，是科研的有力支撑平台。以同步辐射光源为例，研究者通过相关技术，在高温、高压、腐蚀性等各类环境中，探测样品的表面和内部结构细节，比常规X射线光更准确和高效。

2021年，大连海事大学公共管理与人文艺术学院副教授黄振羽等人在《地方政府为何青睐大科学装置？》一文中提到，2018年以来，佛山、东莞、深圳、成都、西安、大连等多地都计划建设大科学装置，其中同步辐射光源最受追捧。地方政府还创造了一个极具时代背景的概念——“有光则灵”。“光”便是光源大科学装置，“灵”则指的是政绩。