對于中國科技界來說，今年6月在上海張江高科技園區(qū)西南部開始施工的一項工程引人注目：這就是我國迄今為止規(guī)模最大的多學科共用平臺型大科學裝置??上海同步輻射光源的主體建筑工程。四年之后這里將有一座神奇的“鸚鵡螺”拔地而起。同步輻射光源在我國并不是第一次建造，但上海光源與以往不同，它是我國第一個第三代同步輻射光源，其主要性能指標居國際前列，同時也是目前我國最大的科學工程???計劃投資12億元人民幣。 12億元不是小數(shù)。在當今我國經濟還不十分寬裕的情況下，為什么要斥巨資建造大科學裝置？ 中國科學家聽到一個“小道兒”消息 上世紀90年代初，中國科學家聽到了一個“小道兒”消息：俄羅斯的一臺超導托卡馬克裝置正在尋找新的東家。中國科學院等離子體物理研究所的科學家隨后與俄方聯(lián)系、洽談，最后采取以物易物的方式將這臺世界上第一臺超導托卡馬克裝置運到了合肥。等離子所為其命名HT?7。 HT?7有什么用？讓我們先從能源問題談起。 我們人類的生存越來越受到能源的制約。自然界所蘊藏的石油、天然氣和煤十分有限，而人類對能源的消耗則呈指數(shù)型增長?，F(xiàn)在科學家們比較一致地認為，解決能源緊缺問題的根本出路之一在于利用核聚變能。核聚變的主要原料是浩淼海水中所蘊藏的用之不竭的氘，因此，核聚變既無原料短缺問題亦無核廢料或核泄漏等污染問題。氫彈的爆炸即是人類迄今成功利用核聚變能的一個例子。問題是這種核聚變必須是受控核聚變，就是要人為控制核聚變的規(guī)模和速度，不是要瞬間爆炸，而是要持續(xù)大量地釋放能量。人類一旦能夠擁有受控核聚變堆這種潔凈而安全的能源，那將永遠地解決了能源問題。 而托卡馬克就是研究受控核聚變這一戰(zhàn)略技術的必不可少的平臺。它能創(chuàng)造氘、氚實現(xiàn)聚變的環(huán)境和超高溫。中科院等離子體物理研究所所長李建剛對記者說，我們使用經過改造后的HT?7，取得了世界上第二個好成績：HT?7制造了1000萬攝氏度的高溫，并使這一高溫持續(xù)了4分鐘。 盡管這一紀錄是世界上第二個好成績，但它也是一種創(chuàng)新。它使我們中國科學家在自己的實驗裝置上也能進行受控核聚變的研究。 據(jù)李建剛透露，目前在合肥建造的國家“九五”大科學工程建設項目“全超導托卡馬克裝置（EAST）”，將于今年年底完工，屆時，這套裝置將能產生一億攝氏度的高溫并能持續(xù)1000秒，將為受控核聚變等多種研究提供更好的條件。 類似托卡馬克這樣的裝置，在科學界被稱為“大科學裝置”。它不僅投資巨大，需要幾千萬、幾億甚至十幾億元，而且需要較大規(guī)模的工程建設。它建成后的主要用途，就是通過長期穩(wěn)定的運行和持續(xù)的科學技術活動，以實現(xiàn)重要的科學技術目標，成為人類挑戰(zhàn)極限，了解宇宙起源和深化、物質的基本結構、生命的起源與演化、智力的本質等重大科學問題的基本手段，同時也是發(fā)展高新技術的重要平臺。 鄧小平堅定地說：“我相信，這件事不會錯?！? 歷史回溯到1979年1月。鄧小平踏上美利堅的國土，實現(xiàn)了新中國領導人的首次訪美。在國內百廢待興、國際多方尋求合作的歷史關頭，這位偉人卻首先促成了中美兩國在高能物理領域合作協(xié)議的簽訂。當國務院副總理兼國家科委主任方毅和美國能源部長詹姆斯?施萊辛格分別在中美兩國“高能物理領域進行合作的執(zhí)行協(xié)議”上簽字后，中美兩國間“科學技術合作協(xié)定”的第一個執(zhí)行協(xié)議便正式產生了。 進行高能物理研究，離不開電子對撞機。從1970年代起，中國的高能物理科學家們便建議中國建造正負電子對撞機。在鄧小平的決策下，北京正負電子對撞機于1984年10月動工興建。80高齡的鄧小平來到工地，揮鍬鏟土，親自為對撞機工程奠基。他堅定地說：“我相信，這件事不會錯?！?988年10月16日，北京正負電子對撞機首次實現(xiàn)正負電子成功對撞。24日，鄧小平到對撞機工地視察。他說：“我先講個故事。有一位歐洲朋友，是位科學家，向我提了一個問題：你們目前經濟并不發(fā)達，為什么要搞這個東西？我就回答他，這是從長遠發(fā)展的利益著眼，不能只看到眼前?！苯又?，鄧小平談道：“過去也好，今天也好，將來也好，中國必須發(fā)展自己的高科技，在世界高科技領域占有一席之地。 如果60年代以來中國沒有原子彈、氫彈，沒有發(fā)射衛(wèi)星，中國就不能叫有重大影響的大國，就沒有現(xiàn)在這樣的國際地位。這些東西反映一個民族的能力，也是一個民族、一個國家興旺發(fā)達的標志?！编囆∑?，以一個偉大政治家的高瞻遠矚和洞察能力從國際政治的角度回答了“我們?yōu)槭裁匆ù罂茖W裝置”的問題。 江澤民對大科學裝置的建造也有重要闡述。2000年5月17日，他在接受美國《科學》雜志主編埃利斯?魯賓斯坦專訪時說：“我們把重大科學設施的建設作為推動科學技術發(fā)展的重大部署之一。這些年來，我們已建立了一批有影響的重大科學工程，如北京正負電子對撞機、蘭州重離子加速器、合肥托卡馬克裝置、清華低溫核反應堆等。這些設施的建設和運行，增強了中國的科研能力，拓展了探索未知世界的能力?！边@段話反映了我國政府對大科學裝置重要性的深刻認識和對大科學裝置建設的重視，尤其是談到的“探索未知世界的能力”的問題，從人類科學文明發(fā)展的高度闡述了大科學裝置的重要性，也表明了我們中國要為這一探索做貢獻。 世間科技重大突破幾乎都與它有關 金鐸曾任中科院基礎局局長，2002年10月他參加了中科院大科學裝置發(fā)展戰(zhàn)略課題研究組。在談到大科學裝置的作用時，他對記者說，大科學裝置已成為現(xiàn)代科技諸多領域取得突破的必要條件?，F(xiàn)代科學研究必須依靠先進的科學儀器，科學研究的水平越來越依賴于科學儀器的性能。比如，在探索物質世界結構的過程中，一直到原子層次，人們還可以用比較簡單的科學儀器獲得新的知識。如果沒有能夠把粒子加速到逼近光速的高能加速器，人類對物質世界的認識大概只能到此止步。20世紀中葉以來，物質結構的重大突破幾乎都與大科學裝置有關。自1939年建成第一臺回旋加速器以來，已經有16項建立在加速器發(fā)展基礎上的重大科學突破獲得諾貝爾獎。 金鐸說，大科學裝置發(fā)展戰(zhàn)略課題組在對材料科學、環(huán)境科學、化學、凝聚態(tài)物理、生物學、醫(yī)學、地球科學等學科認真分析的基礎上認為，大型公共實驗平臺對這些學科的研究起了巨大推動作用，有的甚至對一些突破性的進展起了決定性的作用。比如，隨著人類基因組計劃的順利完成，生命科學的前沿從基因組學推進到結構基因組學。這項研究不但要深刻影響生命科學本身的發(fā)展，不但要對全人類的健康產生巨大影響，而且還涉及到醫(yī)藥和生物技術產業(yè)的巨大利益，因此，受到各國的高度重視。僅美國就計劃在未來十年里測定一萬個新的蛋白質結構，日本也制訂了測定3000個結構的計劃。同步輻射X光衍射技術是蛋白質結構及功能研究的主流技術。1981年世界上建成第一個同步輻射生物大分子實驗站，1990年增加到18個，近年更是迅速增加，到2000年單是美國五個主要的同步輻射裝置上就建成了44個，一些主要用于結構生物學研究的同步輻射裝置正在建設之中。據(jù)了解，目前世界上建成運行的各類公共實驗平臺有近百臺，正在建造或計劃建造的更高性能的裝置有數(shù)十臺。 大科學裝置發(fā)展戰(zhàn)略研究課題組組長閻永廉則從另一個角度做了詮釋。他說，現(xiàn)代社會越來越依賴于基礎數(shù)據(jù)和基礎信息，而作為科技基礎設施的大科學裝置在數(shù)據(jù)及各種信息的收集和利用上起著重要的作用。比如，空間對地觀測技術的應用，為農、林、水、土、地質、地礦、石油、環(huán)保、城市規(guī)劃、災害等的調查、監(jiān)測、研究和相關的經濟建設活動，提供了一種革命性的手段。遙感衛(wèi)星地面站則是在整個對地觀測體系鏈中，集數(shù)據(jù)收集、存檔和分發(fā)功能于一體的不可缺少的承上啟下的中間樞紐環(huán)節(jié)和基礎設施。以中國遙感衛(wèi)星地面站為例。運行16年來，它為國內20多個部委和30個省市提供了大量地球觀測數(shù)據(jù)，為諸如南水北調工程、西氣東輸工程等重大工程的決策提供了科學依據(jù)。在1987年大興安嶺森林火災和1998年長江、嫩江特大洪水期間，遙感衛(wèi)星地面站為國家救災總指揮部提供的準確災情數(shù)據(jù)，在救災和災后建設中發(fā)揮了重大作用。因此可以說，大科學裝置是為社會發(fā)展提供保障的必不可少的基礎設施。 發(fā)生在中科院高能所的兩個故事 北京正負電子對撞機坐落在中科院高能所內。每天工作在這一大科學裝置旁的高能所所長陳和生對其情有獨。他向記者講了兩個故事。一個是，高能物理研究需要分析海量的實驗數(shù)據(jù)，需要實現(xiàn)許多大科學裝置和實驗室之間的海量數(shù)據(jù)傳輸和信息共享。為了適應科研的需要，歐洲核子研究中心于1980年代末發(fā)展了WWW技術。中心的科學家很快意識到這一新型技術的巨大潛能，作為對社會給予高能物理研究和各國對中心的支持的回報，歐洲核子研究中心將其無償提供給全世界使用。這一技術進入社會后產生的巨大影響是有目共睹的。中科院高能所的科研人員在建設北京正負電子對撞機和繼后開展高能物理實驗的國際合作中，也在我國率先實現(xiàn)計算機國際聯(lián)網，進入Internet，引進了WWW網頁，并向全國推廣，對我國網絡技術的發(fā)展起到了巨大的推動作用。 另一個故事是，前不久，成都飛機工業(yè)(集團)有限責任公司為正在改造的北京正負電子對撞機加工一個大型的譜儀漂移室的主體設備。高能所要求在設備中打3萬個25微米的小孔，這不僅比工廠原來的加工精度提高了10倍，而且居然要打3萬個孔。這對工廠是一個極大的挑戰(zhàn)。高能所的科研人員親自到成都坐陣，與廠方共同研究提高加工工藝，最后圓滿解決了難題。工廠的總工程師查治中說，通過這次為北京正負電子對撞機加工設備，使工廠的加工能力上了一個新臺階，為今后承擔國家所需要的高精度零部件奠定了堅實的基礎。 由于大科學裝置是大量高技術的集成，因此它的建設能夠帶動國家高新技術的發(fā)展。為了實現(xiàn)其原創(chuàng)性的科學技術目標，在裝置的建造和利用的過程中，往往需要發(fā)展新型技術或把已有技術提高到新的水平。因此，大科學裝置也就成為眾多高新技術的源泉和高新技術產業(yè)的搖籃?；ヂ?lián)網技術的產生和發(fā)展就是一個最好的例子。 “搖籃”里搖出世界頂尖成果 現(xiàn)任中科院基礎科學局局長張杰院士從一開始就參加了大科學裝置發(fā)展戰(zhàn)略課題的研究工作，對中科院的大科學裝置如數(shù)家珍。他對記者說，新中國成立以來，特別是改革開放以來，我國已建成一批大科學裝置，對促進我國的科技事業(yè)和其他各項事業(yè)的發(fā)展起到了積極的作用，有的裝置，有的領域，在國際上也處于較為先進以至領先的水平。 蘭州重離子加速器是我國能量最高的大型重離子研究裝置。它由中科院近代物理研究所負責設計建造，1988年建成出束。近代物理所利用這臺實驗裝置，先后在5個不同的核區(qū)首次合成了24種遠離穩(wěn)定線的新核素，特別是2002年以來合成了259Db和265Bh兩種超重新核素。該研究所十年來合成的新核素占世界百年合成總數(shù)的1%%。其中，在重質量區(qū)合成了9種豐中子核，在稀土區(qū)合成了11種近質子滴線核，均占國際同期同核區(qū)合成總數(shù)的2/3左右。實驗所得結果很快被國外編纂的核素圖采用，使我國躋身于這一國際前沿領域的先進行列。 北京正負電子對撞機自1990年代以來，獲取的J/ψ數(shù)據(jù)量比國際上其他實驗高一個數(shù)量級以上，數(shù)據(jù)質量良好，構成了當今世界上τ-粲能區(qū)的最大的數(shù)據(jù)樣本，中國科學院高能物理研究所獲得了τ輕子質量精確測量、R值測量、發(fā)現(xiàn)新共振態(tài)等一批重大成果，躋身于世界八大高能物理研究中心之一。 北京同步輻射裝置是北京正負電子對撞機裝置的一部分。借助這一裝置，我國科學家在生命科學、材料科學、地球科學等領域已經做出了一系列的重大成果。比如在北京同步輻射裝置上，中科院生物物理研究所研究人員完成了“菠菜主要捕光復合物（LHC-II）2.72A分辨率的晶體結構”的測定、清華大學研究者完成了有關SARS3CL蛋白晶體結構測定等在國際上具有重要影響的工作。 雖然我們取得了一批創(chuàng)新性的成果，但張杰坦言，就總體而言，我國大科學裝置的發(fā)展與世界發(fā)展的形勢以及與建立國家創(chuàng)新體系的需要還是有很大差距的，我們必須把加快大科學裝置的發(fā)展，充分發(fā)揮大科學裝置的作用，作為追趕世界科技先進水平的一個重大舉措。