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高新技术的源泉,自主创新的摇篮——“大科学装置”大在哪?(051031)
时间 : 2005-10-31     

增强自主创新能力,是科学技术发展的战略基点和调整产业结构、转变经济增长方式的中心环节。为深入学习贯彻党的十六届五中全会精神,大力增强自主创新能力,加快经济增长方式转变、缓解资源约束的矛盾,实现经济平稳较快增长。本报从今天起开辟《落实科学发展观·转变经济增长方式》专栏,集中刊登一组“自主创新专题报道”,从多角度、多侧面报道各部门、各地区及大批企业在原始创新、系统集成和引进消化吸收再创新几个层面中的生动实践,以深刻认识增强自主创新能力的重大意义,进一步增强自觉性和使命感,切实把增强自主创新能力作为实现经济平稳较快增长的关键之举,摆在更加突出的位置,贯彻到现代化建设的各个方面。

对于中国科技界来说,2005年6月在上海张江高科技园区西南部开始施工的一项工程引人注目:这就是我国迄今为止规模最大的多学科共用平台型大科学装置———上海同步辐射光源的主体建筑工程。四年之后这里将有一座神奇的“鹦鹉螺”拔地而起。同步辐射光源在我国并不是第一次建造,但上海光源与以往不同,它是我国第一个第三代同步辐射光源,其主要性能指标居国际前列,同时也是目前我国最大的科学工程———计划投资12亿元人民币。

12亿元不是小数。在当今我国经济还不十分宽裕的情况下,为什么要斥巨资建造大科学装置?

中国科学家听到一个“小道儿”消息

上世纪90年代初,中国科学家听到了一个“小道儿”消息:俄罗斯的一台超导托卡马克装置正在寻找新的东家。中国科学院等离子体物理研究所的科学家随后与俄方联系、洽谈,最后采取以物易物的方式将这台世界上第一台超导托卡马克装置运到了合肥。等离子所为其命名HT—7。

HT—7有什么用?让我们先从能源问题谈起。

我们人类的生存越来越受到能源的制约。自然界所蕴藏的石油、天然气和煤十分有限,而人类对能源的消耗则呈指数型增长。现在科学家们比较一致地认为,解决能源紧缺问题的根本出路之一在于利用核聚变能。核聚变的主要原料是浩淼海水中所蕴藏的用之不竭的氘,因此,核聚变既无原料短缺问题亦无核废料或核泄漏等污染问题。氢弹的爆炸即是人类迄今成功利用核聚变能的一个例子。问题是这种核聚变必须是受控核聚变,就是要人为控制核聚变的规模和速度,不是要瞬间爆炸,而是要持续大量地释放能量。人类一旦能够拥有受控核聚变堆这种洁净而安全的能源,那将永远地解决了能源问题。

而托卡马克就是研究受控核聚变这一战略技术的必不可少的平台。它能创造氘、氚实现聚变的环境和超高温。中科院等离子体物理研究所所长李建刚对记者说,我们使用经过改造后的HT—7,取得了世界上第二个好成绩:HT—7制造了1000万摄氏度的高温,并使这一高温持续了4分钟。

尽管这一纪录是世界上第二个好成绩,但它也是一种创新。它使我们中国科学家在自己的实验装置上也能进行受控核聚变的研究。

据李建刚透露,目前在合肥建造的国家“九五”大科学工程建设项目“全超导托卡马克装置(EAST)”,将于今年年底完工,届时,这套装置将能产生一亿摄氏度的高温并能持续1000秒,将为受控核聚变等多种研究提供更好的条件。

类似托卡马克这样的装置,在科学界被称为“大科学装置”。它不仅投资巨大,需要几千万、几亿甚至十几亿元,而且需要较大规模的工程建设。它建成后的主要用途,就是通过长期稳定的运行和持续的科学技术活动,以实现重要的科学技术目标,成为人类挑战极限,了解宇宙起源和深化、物质的基本结构、生命的起源与演化、智力的本质等重大科学问题的基本手段,同时也是发展高新技术的重要平台。

邓小平坚定地说:“我相信,这件事不会错。”

历史回溯到1979年1月。邓小平踏上美利坚的国土,实现了新中国领导人的首次访美。在国内百废待兴、国际多方寻求合作的历史关头,这位伟人却首先促成了中美两国在高能物理领域合作协议的签订。当国务院副总理兼国家科委主任方毅和美国能源部长詹姆斯·施莱辛格分别在中美两国“高能物理领域进行合作的执行协议”上签字后,中美两国间“科学技术合作协定”的第一个执行协议便正式产生了。

进行高能物理研究,离不开电子对撞机。从1970年代起,中国的高能物理科学家们便建议中国建造正负电子对撞机。在邓小平的决策下,北京正负电子对撞机于1984年10月动工兴建。80高龄的邓小平来到工地,挥锹铲土,亲自为对撞机工程奠基。他坚定地说:“我相信,这件事不会错。”1988年10月16日,北京正负电子对撞机首次实现正负电子成功对撞。24日,邓小平到对撞机工地视察。他说:“我先讲个故事。有一位欧洲朋友,是位科学家,向我提了一个问题:你们目前经济并不发达,为什么要搞这个东西?我就回答他,这是从长远发展的利益着眼,不能只看到眼前。”接着,邓小平谈道:“过去也好,今天也好,将来也好,中国必须发展自己的高科技,在世界高科技领域占有一席之地。

如果60年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有重大影响的大国,就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力,也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。”邓小平,以一个伟大政治家的高瞻远瞩和洞察能力从国际政治的角度回答了“我们为什么要建大科学装置”的问题。

江泽民对大科学装置的建造也有重要阐述。2000年5月17日,他在接受美国《科学》杂志主编埃利斯·鲁宾斯坦专访时说:“我们把重大科学设施的建设作为推动科学技术发展的重大部署之一。这些年来,我们已建立了一批有影响的重大科学工程,如北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器、合肥托卡马克装置、清华低温核反应堆等。这些设施的建设和运行,增强了中国的科研能力,拓展了探索未知世界的能力。”这段话反映了我国政府对大科学装置重要性的深刻认识和对大科学装置建设的重视,尤其是谈到的“探索未知世界的能力”的问题,从人类科学文明发展的高度阐述了大科学装置的重要性,也表明了我们中国要为这一探索做贡献。

世间科技重大突破几乎都与它有关

金铎曾任中科院基础局局长,2002年10月他参加了中科院大科学装置发展战略课题研究组。在谈到大科学装置的作用时,他对记者说,大科学装置已成为现代科技诸多领域取得突破的必要条件。现代科学研究必须依靠先进的科学仪器,科学研究的水平越来越依赖于科学仪器的性能。比如,在探索物质世界结构的过程中,一直到原子层次,人们还可以用比较简单的科学仪器获得新的知识。如果没有能够把粒子加速到逼近光速的高能加速器,人类对物质世界的认识大概只能到此止步。20世纪中叶以来,物质结构的重大突破几乎都与大科学装置有关。自1939年建成第一台回旋加速器以来,已经有16项建立在加速器发展基础上的重大科学突破获得诺贝尔奖。

金铎说,大科学装置发展战略课题组在对材料科学、环境科学、化学、凝聚态物理、生物学、医学、地球科学等学科认真分析的基础上认为,大型公共实验平台对这些学科的研究起了巨大推动作用,有的甚至对一些突破性的进展起了决定性的作用。比如,随着人类基因组计划的顺利完成,生命科学的前沿从基因组学推进到结构基因组学。这项研究不但要深刻影响生命科学本身的发展,不但要对全人类的健康产生巨大影响,而且还涉及到医药和生物技术产业的巨大利益,因此,受到各国的高度重视。仅美国就计划在未来十年里测定一万个新的蛋白质结构,日本也制订了测定3000个结构的计划。同步辐射X光衍射技术是蛋白质结构及功能研究的主流技术。1981年世界上建成第一个同步辐射生物大分子实验站,1990年增加到18个,近年更是迅速增加,到2000年单是美国五个主要的同步辐射装置上就建成了44个,一些主要用于结构生物学研究的同步辐射装置正在建设之中。据了解,目前世界上建成运行的各类公共实验平台有近百台,正在建造或计划建造的更高性能的装置有数十台。

大科学装置发展战略研究课题组组长阎永廉则从另一个角度做了诠释。他说,现代社会越来越依赖于基础数据和基础信息,而作为科技基础设施的大科学装置在数据及各种信息的收集和利用上起着重要的作用。比如,空间对地观测技术的应用,为农、林、水、土、地质、地矿、石油、环保、城市规划、灾害等的调查、监测、研究和相关的经济建设活动,提供了一种革命性的手段。遥感卫星地面站则是在整个对地观测体系链中,集数据收集、存档和分发功能于一体的不可缺少的承上启下的中间枢纽环节和基础设施。以中国遥感卫星地面站为例。运行16年来,它为国内20多个部委和30个省市提供了大量地球观测数据,为诸如南水北调工程、西气东输工程等重大工程的决策提供了科学依据。在1987年大兴安岭森林火灾和1998年长江、嫩江特大洪水期间,遥感卫星地面站为国家救灾总指挥部提供的准确灾情数据,在救灾和灾后建设中发挥了重大作用。因此可以说,大科学装置是为社会发展提供保障的必不可少的基础设施。

发生在中科院高能所的两个故事

北京正负电子对撞机坐落在中科院高能所内。每天工作在这一大科学装置旁的高能所所长陈和生对其情有独。他向记者讲了两个故事。一个是,高能物理研究需要分析海量的实验数据,需要实现许多大科学装置和实验室之间的海量数据传输和信息共享。为了适应科研的需要,欧洲核子研究中心于1980年代末发展了WWW技术。中心的科学家很快意识到这一新型技术的巨大潜能,作为对社会给予高能物理研究和各国对中心的支持的回报,欧洲核子研究中心将其无偿提供给全世界使用。这一技术进入社会后产生的巨大影响是有目共睹的。中科院高能所的科研人员在建设北京正负电子对撞机和继后开展高能物理实验的国际合作中,也在我国率先实现计算机国际联网,进入Internet,引进了WWW网页,并向全国推广,对我国网络技术的发展起到了巨大的推动作用。

另一个故事是,前不久,成都飞机工业(集团)有限责任公司为正在改造的北京正负电子对撞机加工一个大型的谱仪漂移室的主体设备。高能所要求在设备中打3万个25微米的小孔,这不仅比工厂原来的加工精度提高了10倍,而且居然要打3万个孔。这对工厂是一个极大的挑战。高能所的科研人员亲自到成都坐阵,与厂方共同研究提高加工工艺,最后圆满解决了难题。工厂的总工程师查治中说,通过这次为北京正负电子对撞机加工设备,使工厂的加工能力上了一个新台阶,为今后承担国家所需要的高精度零部件奠定了坚实的基础。

由于大科学装置是大量高技术的集成,因此它的建设能够带动国家高新技术的发展。为了实现其原创性的科学技术目标,在装置的建造和利用的过程中,往往需要发展新型技术或把已有技术提高到新的水平。因此,大科学装置也就成为众多高新技术的源泉和高新技术产业的摇篮。互联网技术的产生和发展就是一个最好的例子。

“摇篮”里摇出世界顶尖成果

现任中科院基础科学局局长张杰院士从一开始就参加了大科学装置发展战略课题的研究工作,对中科院的大科学装置如数家珍。他对记者说,新中国成立以来,特别是改革开放以来,我国已建成一批大科学装置,对促进我国的科技事业和其他各项事业的发展起到了积极的作用,有的装置,有的领域,在国际上也处于较为先进以至领先的水平。

兰州重离子加速器是我国能量最高的大型重离子研究装置。它由中科院近代物理研究所负责设计建造,1988年建成出束。近代物理所利用这台实验装置,先后在5个不同的核区首次合成了24种远离稳定线的新核素,特别是2002年以来合成了259Db和265Bh两种超重新核素。该研究所十年来合成的新核素占世界百年合成总数的1%%。其中,在重质量区合成了9种丰中子核,在稀土区合成了11种近质子滴线核,均占国际同期同核区合成总数的2/3左右。实验所得结果很快被国外编纂的核素图采用,使我国跻身于这一国际前沿领域的先进行列。

北京正负电子对撞机自1990年代以来,获取的J/ψ数据量比国际上其他实验高一个数量级以上,数据质量良好,构成了当今世界上τ-粲能区的最大的数据样本,中国科学院高能物理研究所获得了τ轻子质量精确测量、R值测量、发现新共振态等一批重大成果,跻身于世界八大高能物理研究中心之一。

北京同步辐射装置是北京正负电子对撞机装置的一部分。借助这一装置,我国科学家在生命科学、材料科学、地球科学等领域已经做出了一系列的重大成果。比如在北京同步辐射装置上,中科院生物物理研究所研究人员完成了“菠菜主要捕光复合物(LHC-II)2.72A分辨率的晶体结构”的测定、清华大学研究者完成了有关SARS3CL蛋白晶体结构测定等在国际上具有重要影响的工作。

虽然我们取得了一批创新性的成果,但张杰坦言,就总体而言,我国大科学装置的发展与世界发展的形势以及与建立国家创新体系的需要还是有很大差距的,我们必须把加快大科学装置的发展,充分发挥大科学装置的作用,作为追赶世界科技先进水平的一个重大举措。

http://www.stdaily.com/gb/stdaily/2005-10/31/content_449219.htm