03.03 中國有多少“大科學裝置”?

起源與歸宿


先提一下“大科學”(Big Science,Megascience,Large Scinece),這是是國際科技界提出的一個新概念,簡單的說就是基礎性的交叉科學。而大科學裝置一般以大規模的投入和工程建設來完成,建成後通過長期的穩定運行和持續的科學科研活動,實現重要科學技術目標的大型設施。除了近年新建成的天眼FAST,我國還有那些大科學裝置呢?我們來簡單盤點一下,不分排名的。

1、北京正負電子對撞機(BEPC),這是我國第一臺大科學裝置,也是中國的第一臺高能加速器,在1990年建成並運行,它是由長202米的直線加速器,輸運線,周長240米的圓型加速器(儲存環)和高6米重500噸的北京譜儀和圍繞儲存環的同步輻射實驗裝置等幾部分組成,佔地總面積達57500平方米。在經過一系列改造後已在高能物理研究方面取得了多項國際領先的成果。

2、全超導託卡馬克核聚變實驗裝置(EAST),也稱為“東方超環”,EAST這個名稱是由“實驗”“先進”“超導”“託卡馬克”4個英文單詞的首字母組成,這套裝置位於中科院合肥等離子體研究所。超導託卡馬克裝置是一種利用磁約束和真空絕熱來實現受控核聚變的環形容器。被公認為是探索、解決未來穩態聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑。EAST是世界上第一個建成並正式投入運行的全超導“託卡馬克”實驗裝置,在2016年2月,中國EAST物理實驗實現了在國際上電子溫度達到5000萬度持續時間最長的等離子體放電。

3、上海同步輻射裝置(SSRF),又稱“上海光源”,在2010年1月19日在上海通過國家驗收。這是世界上性能最好的第三代中能同步輻射光源之一。“上海光源”發出的超強X光將對微觀世界的認知帶來一場“成像革命”——它將用比普通X光機亮上億倍、強百萬倍的同步輻射光對物質進行微觀“成像”。

4、東半球空間環境地基綜合監測子午鏈,又稱“子午工程”,是指沿東經120度子午線附近,北起漠河,經北京、武漢南至海南並一直延伸到南極中山站,並以沿北緯30度附近,東起上海經武漢、成都西至拉薩的15個監測臺站,建成一個以鏈為主、鏈網結合的監測網絡。通過利用地磁(電)、無線電、光學和探空火箭等多種手段,連續監測空間環境,為天氣研究、地震監測以及載人航天等提供空間環境保障。其監測的空間範圍是從20-30公里以上到幾百公里的中高層大氣和電離層,以及十幾個地球半徑以外的行星際空間。

5、穩態強磁場實驗裝置(SHMFF),2017年9月27日在合肥建成使用,強磁場與極低溫、超高壓一樣,是現代科學實驗中最重要的極端條件之一,為物理、化學、材料和生物等學科研究提供了新途徑,對於發現和認識新現象新規律具有重要作用,位於合肥的這套強磁場裝置是世界上第二臺達到這一級別的裝置,這也使我國成為繼美國、法國、荷蘭、日本之後第五個擁有穩態強磁場的國家。

6、中國科學院武漢國家生物安全實驗室,也叫武漢P4實驗室,這是亞洲首個P4實驗室。P4實驗室是人類迄今為止所能建造的生物安全防護等級最高的實驗室,適用於對人體具有高度危險性、可以通過氣溶膠途徑傳播或者傳播途徑不明、目前尚無有效治療方法的致病微生物及其毒素的研究。例如埃博拉病毒就被定義為最高等級的四級生物安全病毒,只有在P4實驗室裡才能對其進行研究。

7、中國散裂中子源工程(CSNS),位於廣東東莞市,是我國迄今為止最大的科學裝置,2018年3月25日通過了中國科學院組織的工藝鑑定和驗收,建成後的中國散裂中子源成為中國首臺、世界第四臺脈衝型散裂中子源。散裂中子源是研究中子特性、探測物質微觀結構和運動的科研裝置,它的建成可帶動物理學、化學、材料科學、生命科學、納米科學、醫藥、國防科研以及新型核能開發等學科的發展。

當然,中國的大科學裝置不止這些,已經建成的還有蘭州重離子加速器,合肥同步輻射加速器,短波與長波授時系統,合肥HT-6M受控熱核反應裝置,H1-13串列式靜電加速器,2.16米光學望遠鏡,合肥環流器HL-1裝置,新疆太陽磁場望遠鏡,寧波種質資源庫等這些國之重器,而在未來,我國還計劃建設上海的海底觀測網,位於哈爾濱的空間環境地面模擬裝置,蘭州的強流重離子加速器,成都的高海拔宇宙線觀測站等重大科學科研項目。這些國之重器、超級工程,既是為過去點贊,為當下點題,更是為未來點將,將面向科學技術前沿,為國家經濟建設、國家安全和社會發展做出戰略性、基礎性和前瞻性的貢獻。


清明的星空



大科學裝置是指通過較大規模投入和工程建設來完成,建成後通過長期的穩定運行和持續的科學技術活動,實現重要科學技術目標的大型設施。其科學技術目標必須面向科學技術前沿,為國家經濟建設、國家安全和社會發展做出戰略性、基礎性和前瞻性貢獻。

我國已建成的大科學裝置有22個,計劃建設的有16個,總數為38個。


其中,合肥以總數8個大科學裝置,獨佔鰲頭。上海以6個大科學裝置排名第二,北京5個大科學裝置排名第三。

合肥8個大科學裝置,分別是:

同步輻射加速器、HT-6M受控熱核反應裝置、合肥環流器HL-1裝置、合肥HT-7託卡馬克、合肥EAST託卡馬克、 合肥穩態強磁場、加速器驅動嬗變研究裝置、未來網絡試驗設施

上海6個大科學裝置,分別是:


“神光”系列高功率激光裝置、神光II裝置、海底科學觀測網、轉化醫學研究設施、上海光源線站工程、X射線自由電子激光試驗裝置

北京5個大科學裝置,分別是:

正負電子對撞機、5兆瓦核核供熱試驗堆、遙感飛機、模式動物表型與遺傳研究設施、地球系統數值模擬器

合肥是我國大科學裝置最多最密集的城市,而成為超級大贏家,並以7個大科學平臺成為我國大科學平臺最多的城市,另外擁有四個國家實驗室(僅次於北京)。其中,中國科學技術大學是我國擁有最多大科學裝置,最多大科學平臺和最多國家實驗室的高校,科研能力在國內僅次於中國科學院。


合肥、北京和上海也是我國三大基礎科研基地,三大綜合性國家科學中心。其中,合肥是我國著力打造的世界科技產業化創新中心,國家唯一的科技創新示範試點城市,國家科學規劃城市,世界科技聯盟會員城市,是全國擁有最多科技頭銜的城市,也是國內擁有最多原創科技和最多世界級科研成果的城市。

合肥、北京和上海以總數19個大科學裝置佔據全國大科學裝置的半壁江山,剩下的19個分別在其它城市。


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