国际禁运之下，中国的大科学装置怎么发展？_风闻

国际禁运之下，中国的大科学装置怎么发展？知识分子2024年07月23日 08:54:20 来自湖南省0人参与0评论

2024前沿科学创新大会活动现场图。

“已经到了一个严峻的时刻，中国的科学研究只能靠我们自己”， 中国科学院强磁场科学中心学术主任匡光力在2024Innovation前沿科学创新大会上说道。

“当前的形势是，国际上开始有不少实验室不再对中国学者开放。我们的科学家想要用他们的大装置进行研究，已经很难了，有的甚至不允许我们访问他们的实验室。原来我们还可以提出申请，会经过漫长的审核，还有可能同意我们去做”，匡光力解释道。

这样的艰难时刻，每一个大科学装置的参与者都深有体会。“样品从第三国取道，再到中国”，一位凝聚态物理方向的学者这样介绍他们运行大装置时的国际合作。“现在特殊的国际环境逼着我们要采取一些特殊的措施，”，中国科学技术大学核科学技术学院教授唐靖宇说道，他曾见证了中国加速器从无到有。

过去三四十年，经济的蓬勃发展和工业实力的突飞猛进填补了我国大装置的空白。77个国家重大科技基础设施，近半数已建成运行。

“算上规划内的，我国大装置的数量已与美国基本持平。但在质量上，包括我们对大科学装置单个装置的投入规模和总投入规模，与美国相比还有较大差距”，中国科学院高能物理研究所所长王贻芳在今年两会期间接受媒体采访时说道。

对将来要建设的装置进行前瞻性布局、正在建设的准备备份计划、已经建成的研制维修备品，大装置都在不同程度上与时间赛跑，他们需要回答共同的问题：国际禁运下，如何突破技术瓶颈，实现关键部件的国产化研制？

光源、散裂中子源、加速器、强磁场、天文望远镜、可控核聚变装置……7月13日，近二十位国内大科学装置的建设者和使用者在深圳由《The Innovation》举办的2024前沿科学创新大会上讨论这一话题。他们也分享国内大科学装置的高效率运行、联合测量的尝试以及国际合作的努力。

《知识分子》整理和摘录部分讨论内容，文字经过编辑，以飨读者。

整理丨知识分子

● 　● 　●

大科学装置驱动关键技术突破

讨论人介绍：

宫雪非：中国科学院南京天文光学技术研究所所长

董宇辉：中国科学院高能物理研究所副所长

林隽：中国科学院云南天文台“太阳活动与CME理论研究团组”首席科学家

李亮：华中科技大学教授、国家脉冲强磁场科学中心主任

唐靖宇：中国科学技术大学核科学技术学院教授

钱森（主持人）：中国科学院高能物理研究所研究员

什么是真正的国产化？

宫雪非：众所周知，大科学装置是追求国际前沿科学目标的大型系统工程，需要巨额投资和长期运维。以天文学为例，建国后至改革开放初期，我们已有一些大型装置，如2.16米光学天文望远镜，它在上世纪80年代末建成，当时被誉为远东最大的光学望远镜，那时尚未有“大科学装置”这一术语。直到上世纪90年代初，国家计委开始组织了“九五”大科学工程，提出了多个大科学装置的建设计划，其中就包括我参与的LAMOST望远镜，它被誉为“光谱之王”，是世界上光谱获取率最高的望远镜。

进入十一五和十二五时期后，大科学装置在国家层面的管理进一步规范化制度化，出台了一系列建议、建设和运行的规章制度，并有了新名称——国家重大科技基础设施。无论名称如何变化，无论是称之为“facility”还是“infrastructure”，它们本质上都是宏大的系统工程，致力于追求前沿科学目标，因此这些装置的性能指标必须达到国际领先水平。

至于核心部件的国产化，坦白说，我也没有确切的答案。但根据我在LAMOST光学望远镜项目中的经验，可能需要包括引进、消化、吸收在内的过程。

LAMOST核心部件包括光学材料、先进的促动器、纳米级位置分辨传感器等，在当年建设时，这些基本上都依靠进口。这仍然是今天讨论大科学装置时，我们面临的现实。当然，我们在引进的同时，也在基于理解进行改进以实现国产化。

举一个具体的例子，比如先进的位移促动器。当时，我们只能购买进口的纳米级别的位移促动器，它们是实现主动光学技术的关键器件。LAMOST的大镜面是由许多小镜面拼接而成，需要大量高精度的位移促动器。当时，这些促动器只能从国外购买。但是，经过多年的建设、运行和维护，以及科研人员的不懈努力，现在我们已经实现了国产化。而就在这时，国外传感器公司在经过经年不断地涨价之后也终于断供，停止了对我们的销售。

董宇辉：我和宫老师有同感，我也在大科学装置领域工作多年，专注于同步辐射光源。我参与了从第一代光源到当前第四代光源的建设。我一直在思考一个问题：什么是大科学装置？我们讨论任何事物前，都应先明确其定义。

大科学装置之所以被称为“大”，并非仅仅因为其耗资巨大，而是因为它们必须追求当前人类技术所能达到的极限，致力于前沿科学问题的探索。因此，它们需要以一种复杂的组织形式，按照工程项目的方式进行管理，有时也被称作大科学工程。

这意味着整个系统中的许多部件都是前所未有的，我们必须有组织地进行研发。其中许多部件无疑挑战着我们当前的技术极限，甚至人类的制造极限。因此大装置真正追求国际最前沿的性能，想实现自主的话，必须做国产化。当然可以有国际合作，让合作团队帮你做，但是如果分配到你的工程任务，就必须要国产化。很难想象，通过外包任务，能够做到极致。

这就引出了第二个问题：国产化的定义是什么？我认为，国产化不应简单地通过计算进口了多少美元或欧元来衡量，这在管理规范中常常被误用和误解。我对此深有体会，我分享一个我亲身经历的例子。

大约在2004年，北京玉泉路上的同步辐射光源有一台设备出现故障。这台设备是进口的，来自英国。半夜里设备坏了，我联系供应商，他们表示可以派工程师从英国飞过来，但费用昂贵，需要支付机票住宿和工费。我决定自己拆解设备，发现是内部的干燥空气发生器坏了，这个发生器来自美国，联系供应商得到相同的回答。于是我继续拆，原来是里面的分子泵出了问题，分子泵在香港有代理点。我不甘心，继续拆，最终发现是分子泵中间轴上的一个轴承坏了，而这个轴承是浙江生产的。天一亮，我在附近的五金店买到了相同类型的轴承，问题就这样解决了。

这个故事告诉我们，判断一个设备是否国产化，关键在于我们是否拥有自主产权，能否自主设计。全球供货的设备，只有自主设计，才能制造出最好的设备。如果我们给自己加上限制，认为必须用人民币购买才算国产化，这并不利于我们的国产化进程。我们是否真的掌握了知识产权，是否真的具备独立自主设计的能力，因为如果你能设计，你肯定知道需要哪些部件。

我认为，实现国产化是大科学装置为了达到最先进指标的必然结果。要获得这个结果，我们需要让大装置建设的人员具备设计最先进仪器设备的能力，以及制造它们的能力。

遗憾的是，我发现我们在研制过程中，常常被一些简单的数据指标所束缚。很多时候，我们知道如何设计，但研制或生产过程受到限制，这是非常不利的。我希望在未来的大装置建设中，能有更多创新思想，更宽容的环境，以及持续的支持，让我们不断地改进设备和技术。

林隽：我来自云南天文台，研究太阳物理。与前面嘉宾相比，我们更注重于科学问题的发现和解决。除了刚才两位专家所讲的问题，大科学装置对于我来说，主要是专注于对更基本的未知世界的探索和发现。

我研究的是离我们最近的一颗恒星——太阳。可能有人会问，太阳有什么值得研究的？毕竟它就在我们的头顶，每天都能见到。但事实上，我们对太阳的了解还远远不够。

我现在正在推进的项目叫做太阳抵近探测计划。我们计划去太阳附近看一看，它是一个探路者的项目，可能面临的是单程车票的风险。

我们的科学装置虽然不大，但它的意义非常重大。在推动这个项目的过程中，我还有一个深刻的感触，那就是中国已经拥有了很多核心技术，很多时候并不自知，好像只有美国和西方才有。

为了去太阳附近，我们首先得保护自己，不被太阳的热量所伤害。这需要抗热的物质和涂层。美国的探测器已经比较接近太阳，但我们的探测器将更加接近太阳、面临更加严酷的环境，防热材料和涂层必须承受更高的温度。我们的稀土材料涂层，可以耐受3000度以上的高温，这是我们独有的优势，可以让我们去到更靠近太阳的地方。

我认为，我们常常缺乏自信，低估了自己的技术能力。实际上，我们完全有能力在某些领域超越外国。我们应该认识到自己的优势，并利用优势推动科学进步。

李亮：前面几位嘉宾的讲话都非常精彩，我也非常赞同。大科学设施的建设必须立足于自主研制，并且应该立足于国产。我读研开始到现在，一直在从事强磁场技术的研发，从90年代到2000年代，对美国的、欧洲的、日本等很多国家的强磁场大设施都做了重要贡献。

国产的东西一开始可能不比国外的好，但我们自己要有对自己的自主创新能力的自信，立足于国产。我们的脉冲强磁场大设施的研制就是这样。

我们94.8特斯拉磁场强度的实现，实际上都是使用的国产材料。那时国产材料性能只有国外性能的2/3，但我们通过其他方面的技术综合优势，弥补了材料性能的不足，最终达到了世界领先的磁场水平。

导体材料的问题曾经卡住了我们的脖子，但这也逼着我们自主研发。原来的铜银合金导线是由西北有色金属研究院为我们制作，性能是800兆帕的抗拉强度，而在国外是1100～1200兆帕。经过近几年的自主研发，我们最近自己把这个线做出来了，而且做的和国外最高水平相当。

现在国外对这种导线的需求很少，很多公司即使能做也不愿意做。国外的强磁场设施一听说我们把导线做出来，他们都到我们这边来采购了。因此，即使国产目前的性能还不是最好，我们也要尽可能立足国产，通过其他技术来弥补材料性能的不足，同时为国产的自主研发赢得时间，最后会起到超越的效果。

唐靖宇：感谢前面几位嘉宾的精彩分享。我是参与了各种加速器装置的建设，这是典型的大科学装置。80年代开始，中国拥有了三台加速器，北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器和合肥同步辐射装置。我参与了兰州项目，并在国内外也参与了好几台加速器的建设，见证了我们国家加速器从无到有的发展过程。

早期，我们国家在这一领域远远落后于国外，国内能做的设备自己做，做不了的只能进口，这基本上是我们当时的策略。但最近这三、四十年，随着国家实力特别是基础工业日新月异的进步，国内加速器装置开始达到国际平级甚至领先的水平。同时，加速器的建设也带动了很多基础工业的发展。

现在特殊的国际环境逼着我们要采取一些特殊的措施，原来的做法不能用了。关于核心部件的国产化，我提三个意见：

第一类，对于一些未来要建设的大装置，比如有的加速器计划在10年、15年、20年以后要建的，关键技术需要提前布局，提前研究。如果国内对这些领域给予足够的重视，研究机构和企业公司完全可以结合起来做一些非常好的事情。我在高能所待了将近20年，虽然过去我们在这方面的投入不足，但近10年来，我们已经非常强调先进加速器技术开发，并在这方面取得了显著的进步。我希望国内的其他单位也能够跟上这一步伐，共同推动这一进程。

第二类，对于那些已经获得批准、即将建设或正在建设中的大科学装置，我们需要保证它们的领先地位。面对国产部件在性能上可能达不到先进要求的问题，我们的策略是尽可能地进行全球采购。然而，正如前面几位专家所提到的，我们可能会面临被“卡脖子”的风险，即突然无法获得所需的设备或部件。在这种情况下，我们需要有一个国产备份计划。虽然这些备份方案的初始性能可能略逊一筹，但通过不断的迭代改进，性能最终会得到提升。

第三类，对于那些已经投入运行的装置，如果其中一些关键设备是国外采购的，我们需要考虑如何在这段时间内实现国产化替代。由于时间相对宽裕，我们不必急于求成。在保证装置高性能运行的同时，我们可以逐步推动国产化水平的提升，最终实现关键部件的国产化。

不是为了领先而领先

钱森（主持人）：感谢各位老师的分享。目前，我们正处在一个必须自主研发的阶段。大科学装置的设计，具有超前性，关键核心部件自然买不到，必须自主设计与研发，才能保证大装置的先进性。所以，实际上，自主研发不仅是必要的选择，也是确保大科学装置性能保持国际领先的途径。在讨论如何保持大科学装置性能指标的国际化领先时，除刚才提到的自主研发外，我们还可以探讨是否有其他方式或途径。

宫雪非：这个题目其实相当宏大，讲起来不太容易。今天的会议名称是前沿科学创新大会，我想从创新的角度来谈。前沿的装置性能指标需要概念创新。我想结合我的工作，以LAMOST望远镜为例来说明这一点。

上世纪90年代，国际天文学界迫切需要大规模天体光谱数据。传统望远镜效率低下，难以实现大规模光谱采集。为了解决这一问题，技术专家们开始探索高效率的天体光谱拍摄方法。

LAMOST望远镜通过两项关键技术创新实现了这一目标。首先，采用一个实时变化的主动光学系统有效校正了光学系统的像差和其他误差，使得这架望远镜成功突破了大视场和大口径难以兼得的瓶颈，获得了远远超越同时代望远镜的巡天威力。其次，创新的“分小区并行可控式”方案，将焦面分成数千个小区，每个小区内通过双回转机构对准目标，极大提高了拍摄效率。

这些创新使LAMOST成为世界上巡天效率最高的望远镜，从2009年国家验收工作至今已获得2000多万根恒星光谱，成为最大的恒星光谱库。这一数据积累为后续的科学成果提供了基础，推动中国在银河系和恒星研究方面走到国际前沿。

董宇辉：宫老师提到的主动光学技术，在我们同步辐射X光领域同样得到了应用。比如我现在参与的怀柔高能同步光源项目，它是世界上亮度最高的同步辐射光源。这个目标听起来很宏伟，但也意味着我们的光学元件将承受极高的热负载，热胀冷缩和光学平面变形是不可避免的。

为了应对这些挑战，我们采用了一些创新的技术方案。例如，我们使用的是硅单晶，因为硅在120开尔文时热膨胀系数是最小的。我们首先控制温区，然后在镜子加热凸起的地方，通过加热其他地方来抵消这种变形。这也是利用了主动光学技术，但要实现这一点，必须进行波前在线相位检测。

有了明确的目标，技术路线总能找到。我们经常需要与其他领域的专家合作，最早看到可见光光学中主动光学。我们也在X光领域进行尝试，不过X光的波长比可见光短得多，波前检测和粗糙度控制的精度要求也更高。

保持指标领先的一个重要方面是，我们必须非常清楚在大科学装置中哪些指标是最重要的。根据我的经验，我们几乎不可能面面俱到。通常，保持某一个方向的指标领先，就意味着在其他方向上可能需要做一些牺牲。在工程实践中，我们很难做到既要又要，有得必有失。

我们的经验是，一定要保证那些能实现我们科学目标的指标领先。在这种前提下，我们才可能去牺牲其他不重要的指标来达到某个指标的领先。

最重要的是，我们需要有清晰的科学目标，但在科学目标之下，我们还要清楚地技术可行性判断。有时候，技术可行性判断在其他人看来可能很奇怪。比如在怀柔的光源项目中，我们要求地基的震动从1～100hz的积分振幅不超过25nm。当我向做建筑的人提出这个要求时，他们用一种看神经病的眼神看着我，我一个盖房子的你跟我讲纳米。但对我们来说，这是必需的。为了实现这个目标，我们当然需要牺牲其他方面，比如成本可能会更高，交付流程可能会更繁琐。

过去，我们大科学装置总有国际上的对标，有可追赶的目标，那时候日子是比较容易过的。但现在我们走到了前沿，发现前面没有可看的目标了。这时候，科学判断和创新思维尤为重要。我们追求的领先不是为了领先本身，而是为了实现某个科学目标的技术的领先，这样的领先才真正有意义。

李亮：对于指标先进性以及大科学工程本身的理解，我认为是一个不断深化的过程。从认识到实践，再认识，再实践。由建设团队发展而来的技术支持队伍是优化和提升的关键力量，他们与用户打成一团。因此，当提出新的指标时，他们总是与当前的科学发展相符。这种机制——即建设者最终成为运行者，再成为优化者——是非常重要的，也是我们大科学设施指标先进性的保证。这也是为什么我们的强磁场装置在“十一五”期间完成了第一阶段后，“十四五”期间又获得了国家的支持来进行优化提升。这是一个阶段性的过程。

唐靖宇：我想作一点说明，大科学装置主要分为两类，一类是专用型装置，主要针对某一学科的前沿科学研究的，如高能物理和核物理研究中的加速器装置；另一类是平台型研究装置，支持多学科研究和应用研究，如同步辐射光源和散裂中子源。虽然两者都追求先进性，但强调的还是有所不同，前者更强调指标的先进性，而后者同时还强调运行的可靠性和稳定性。

大科学装置的发展关键在于采用更先进的设计理念和技术。我现在参与的科大超级陶粲装置预研项目，即第三代的正负电子对撞机，比起第二代对撞机，最大的设计变化是采用了大交叉角和Crab-Waist对撞。这一革命性的对撞理念旨在实现比北京正负电子对撞机高两个量级对撞亮度的目标。没有这样的理念，亮度的大幅提升是不可能的。

在技术层面，我举个例子，我们探索发展基于铁基超导线材的超导磁铁技术，这在高能所CEPC-SPPC项目第二阶段SPPC中具有关键性的应用前景，有望提供更高磁场的磁铁。我们从十年前便开始了这项技术的研究，也发挥了国内在铁基超导材料基础研究方面的优势，协同攻关，目标是在SPPC项目中实现125TeV对撞能量，这个是超过了欧洲CERN采用更成熟的Nb3Sn技术设计FCC-hh的100个TeV。

为了保持在国际竞争方面的先进性甚至是领先地位，我相信大科学装置的建设必须具有前瞻性。我们在设计时不仅要考虑当前技术水平，还要为未来的技术进步预留空间。例如，散裂中子源建设时就预留了未来增加超导直线加速器的隧道，以确保束流功率从100千瓦升级到500千瓦的可能性。同样，超级陶粲装置的设计也预留了未来实现更高目标的空间，为未来的技术发展和新理念的实施提供基础。

突破技术边界：科学家和工程师都有责任

钱森（主持人）：大装置设计中应具备足够的升级空间，这正是大装置的魅力所在。一个大型科学装置从设计到建成通常需要几年到十年的时间，服役周期很长可以长达10到30年。随着技术的发展，我们现有的技术可能会显得稍微落后。有一句话说得好：大科学装置建成之日，就是它升级之时。这引出了我们下一个讨论议题：如何突破大装置的技术瓶颈。

请各位专家回顾一下在建设或使用大科学装置过程中的故事，分享突破技术瓶颈的经验，为下一代装置的发展提供借鉴。

李亮：技术突破往往被认为是技术人员的责任，但实际上，在大科学工程运行和开放时，用户科学家也能发现很多问题。然而，目前的评价机制让科学家们更关注于自己的SCI和高水平文章。

以我们强磁场领域为例，美国强磁场研究中，电磁感应测量材料输运的技术（PTO）是由一群科学家发现并推广的。还有日本科学家在脉冲强磁场下进行的皮热测量，这两项技术的突破极大地扩展了脉冲强磁场的应用范围，突破了原有的应用瓶颈。

在强磁场领域，我们也应由发挥自己的科学家找到方法。技术瓶颈的突破不应仅是工程技术人员的事，科学家们可能看得更清楚。技术和科学不应被隔离，而要统一起来。无论是科学家还是工程师，都有责任推动技术的发展。

此外，对装置的认识也是在不断前进的。例如，我们最初认为强磁场只要足够强就可以了。但通过多年的建设与运行，我们发现，特别是对于脉冲强磁场来说，磁感应强度的时间梯度和空间梯度在科学利用方面也起着非常重要的作用。

林隽：尽管我从事的是天体物理研究，而前几位专家更关注于地面实验室的课题。在这里，我注意到我们有一个共同兴趣点——磁场。其他老师讨论的是如何实现强磁场，而我的目标是探测太阳磁场，特别是太阳外层大气的弱磁场。虽然太阳磁场在这个区域中较弱，却对地球环境有着重大影响。

在地面上，我们主要通过遥感技术来探测，但这种方法存在投影效应，只能看到二维图像而非三维结构。要获得三维信息，我们需要更接近太阳进行观测。这就需要解决防热问题，我们考虑使用钻石作为镜面来观察太阳现象。这种需求可推动我国人造钻石工业的发展。

我们需要的是反射率高、透过率好、内部均匀且纯净的钻石。天然钻石中的杂质和颜色对我们的科学研究来说是不可接受的。因此，我们的科学需求成为了推动技术突破的原动力。

另外，我们的运载火箭技术也需要进步，以将探测器送到太阳附近。我们考虑利用木星的引力弹弓效应来实现这一目标，这又推动了电动火箭推进技术的发展。我国目前最强大的运载火箭长征五号，是一种化学火箭，而电动火箭通过电磁效应产生推力较小的气体，虽然推力不大，但可以持久，因为太空中没有阻力，长时间积累的推动效果就很明显。

这又引发了另一个核心技术——电推技术的发展。我们知道，两年前最大的电推火箭推力大概是100毫牛顿，而现在我们需要的是能够连续工作至少上万小时的500毫牛顿的电推火箭。目前，100毫升推进器只能工作大约200h。

技术瓶颈不仅仅是解决单一问题，而是如何将所有技术有机集成，实现最高的科学目标，集成本身也是技术瓶颈的一部分。

董宇辉：原则上，大科学装置在建设时是不能有瓶颈的，否则可能导致建设失败。我理解的瓶颈是在建成后，如何为未来留下更大的发展空间。

比如在怀柔，我们的光源隧道设计得非常宽敞，为将来使用激光调制电子束提供了可能，以期达到自由电子激光的效果。这是一些专家正在提出的，有待在纵向上获得相干性的技术。

为了未来做得更好，我们面临的不仅是纯粹技术问题，更重要的是在分解技术问题的过程中，总结科学需求和观念突破。以第四代光源的研发为例，要求镜子的真实表面在X波长上只有一个埃的误差，凸起最多5个埃，否则相干性难以处理。一个埃的概念是，在1米×30厘米的镜面上，只允许突出一个原子。涉及到我们能否做到以及如何测量，因为光学检测是非常困难的。

我们已经解决了这个问题，目前怀柔的光学镜面检测能力是全世界最强的，没有之一。我们使用硅单晶制造镜子，它是地球上可获得的最大块、最均匀的材料。我们需要考虑重力的影响，这不是闹着玩的，因为重力会使镜子变形，我们必须精确放置镜子。镜子不但表面要平整，周围形状也要严格，侧面加工精度要达到10微米，我们像加工机械钟表部件一样加工硅。

如何得出10微米？我们通过精确的弹性力学计算，而且已经不是连续性的弹性力学，我们发展弹性体，各向异性的弹性力学，并能在机械上实现。

突破技术瓶颈关键是要分解问题，分解后才能实现，这其中科学创新的思路至关重要。我不认为纯粹做技术改进或更新是没有科学含量的事情。这里面有很多科学问题，需要有科学创新的想象。

以前我们对这方面要求并不多，因为总有可以借鉴的地方，但现在没有了，对不起你只能从头想起。这些年在第四代光源的研发中，我们不得不面对超出以前技术边界的事情，怎么突破技术边界？必须有科学原理才能突破。

如果我们想让大装置性能持续领先，就要创造一个让建设人员、运行人员和技术发展人员有持续支持和宽松的环境，让他们有时间精力和条件去突破技术瓶颈。我相信，只要他们能做比现在更好的产品，我们的大科学装置一定会越来越好，能够解决更多的科学问题。

钱森：大科学装置如何升级，如何突破现有技术的瓶颈？专家们给出了共识的意见：建设初期的前瞻性布局；关键技术分解，逐级提升；突破技术的边界条件；宽松稳定的支持给年轻人，提供创新的环境。

大科学装置的建制化科研

讨论人介绍：

梁天骄：中国散裂中子源科学中心副主任、中国科学院高能物理所研究员

李菂：中国科学院国家天文台研究员、FAST首席科学家、清华大学天文系讲席教授

匡光力：中国科学院合肥物质科学研究院研究员、安徽大学原校长

刘啸嵩：中国科学技术大学国家同步辐射实验室教授

李天富：中国原子能科学研究院核物理研究所研究员、中子散射研究室主任

罗会仟（主持人）：中国科学院物理研究所研究员

2024前沿科学创新大会活动现场图。

大装置间如何联合与合作？

刘啸嵩：以光源为例，我们国家目前在北京、上海、合肥拥有三台光源，它们分别覆盖了高中低三个不同的能区。不同的能区决定了产生的X光的能量和波长不同，能够观察到不同的物质特性。合肥光源以软X光为特色，北京光源以高能为特色，上海光源介于两者之间。这三台装置具有很好的互补性。

另外像自由电子激光这样的装置，几个地方也在建设中，它们与光源也具有互补性。在我们装置不多的时候，各自独立运行就可以。但如果装置已经形成了一个比较完整的体系，我们今天准备讨论的话题就变得非常重要了。

如何发挥各自的技术优势？我想还是从两个层面来考虑：体制和技术。从研究生开始，我在美国光源学习工作了十几年。我观察到他们国家实验室的体系非常好，每个实验室都有一个主要的使命，围绕一个核心装置，形成不同的研究方向。当出现国家战略或重大需求时，比如美国能源部面向电池领域的研究需求，建立了一个“BATT500”的大的研究计划，由一个国家实验室牵头，成立一个针对项目的HUB，联合其他实验室及高校共同完成。

从体制的角度上来说，科学院也在做类似的事情，比如光源类的装置形成了大装置联盟，联盟内部也会布置一些项目进行联合攻关。但目前还是以建设装置的技术攻关为主，没有拓展到使用光源的建制化研究来充分发挥装置间的互补性。

匡光力：首先，我认为在当前情况下，国内大科学装置的联合使用对于支持我国前沿基础科学研究至关重要，需要进一步加强。当前的形势是，国际上开始有不少实验室不再对中国学者开放。我们的科学家想要用他们的大装置进行研究，已经很难了，有的甚至不允许我们访问他们的实验室。原来我们还可以提出申请，会经过漫长的审核，还有可能同意我们去做。这已经到了一个非常严峻的时刻，中国的科学研究只能靠我们自己。

好在这些年我们建了几十个大装置，有了一定的基础，我们要把它们充分用好。科学研究不是单向的，单靠一个装置无法获得所有必要的科学信息，因此大装置的联用成为必然需求。

前年中国科学院依托稳态强磁场大装置建立了建制化科研团队，专注于低功耗量子功能材料的研究。现有芯片材料硅半导体的高功耗问题日益严重，预计到2030年，全球芯片耗电量将占人类总耗电量的23.5%。

最佳办法是找到低功耗的材料，制造新一代芯片，能耗远低于现在一个量级低几十倍。这将引发革命性的创新，全世界都在寻找这样的材料。

强磁场是寻找低功耗材料的重要工具，可以观察量子现象和输运过程，但要深入研究内部结构，还需与光源、散裂中子源等其他大装置联合。现在不是讨论需不需要合作，而是如何把合作在管理层面上定下来，建立大装置联合使用的机制。我感觉现在是时候了。

李菂：匡老师说的机制是非常重要的。即便是在天文学这样的小学科中，也需要不同专业背景的委员会成员共同评估。射电天文学自上世纪后半叶以来成就显著，其中脉冲星和双中子星的发现分别在1978年和1993年荣获诺贝尔物理学奖。此外，基于光学观测的银河系中心黑洞研究，通过恒星轨道的精确测量，确认了黑洞大质量致密天体特性。去年，快速射电暴的发现被授予邵逸夫天文学奖，这一自2007年发现的现象至今没有一个合理的物理和天文解释，是当前最热门的神秘宇宙现象。按照已有邵逸夫奖催生诺贝尔奖的频次，其未来10年内有约50%的可能性获得诺贝尔奖。

目前天文学的快速发展需要多设备协作。例如，在无线电波段取得发现后，全球研究者竞相深入研究。由于全球教育背景的统一性以及足够的投入，各国在理论基础上差异不大，竞争主要体现在速度上。对于快速射电暴等现象，需要无线电、光学、高能等多设备联合观测，以探索其起源和机制。

FAST与国内外设备如拉索、费米太空望远镜等均有合作，共享发现并合作撰写文章。但国内设备之间缺乏真正融合的机制。国家天文台同时运行FAST和LAMOST，但这两个设备并没有联合观测申请的渠道。实际上，已经有许多项目，都需要这种机制。

美国国家射电天文台管理着多个设备，研究者可以提交同时使用这些设备的申请，尽管这会增加项目评审的成本，等于要同时经过几个委员会的评审，观测站从全部通过项目里再来遴选。另外一个比较著名的就是美国宇航局，尤其是哈勃望远镜，也允许研究者同时申请地面和空间的设备，经过独立评审后再合并考虑。这种机制有助于科学团队获得所需资源，因为评审委员会由多元化专家组成，能够理解天地一体化的科学需求。

中国科学院运行着国内超过一半的大科学装置，具有推动协同科学研究的体制和体量优势。

梁天骄：我也同意前面几位专家的发言。大装置间的联合是针对重要的关键技术问题和重大需求中的基础科学问题。实际上，我们目前正在开展的一些研究项目，从方案设计和项目组织阶段开始就在和北京同步辐射光源一起工作。此外，从用户的角度来看，今年我们散裂中子源的用户年会与合肥光源联合召开。因为我们的用户可能需要这两种手段的结合，我们希望促进光源与中子源的合作。

散裂中子源的中子亮度比光源的光子亮度要低很多，我们在散裂中子源的一些谱仪上利用小型X光源来实现样品的中子与X射线的同步测量。这些数据可以为将来中子源和光源的合作提供更好的基础。

科学交流受阻，我们能做些什么？

罗会仟（主持人）：特别感谢几位老师的分享。确实，不同的装置在设计、指标和时间段上都有很大的区别，但同时它们也具有互补性。例如，光源和自由电子激光在能量尺度和空间尺度上描述的是不同的事物。要完成建制化科研，我们还有很长的路要走。

目前，大科学装置联盟的使用还相对较少。我们已经尝试了联合用户会，让两个装置的用户一起开会，但感觉还是不够。未来我们可能需要更加努力。也许需要考虑从国家层面建立稳定的机制。这个话题与下一个议题密切相关，即不同学科之间、不同领域之间，甚至不同国家之间能否合作？

李菂：天文学是一个典型的跨国界合作学科。黑洞照片的获取就是很好的例证。无论在亚洲还是美洲，我们仰望的是同一片天空，地球自转使得不同时段、不同地区都能观测到整个天空，这使得天文学具有天然的国际性。

我深入研究了天文学开放的历史后发现，一个学科的开放程度与其学科实力和国家对自己力量的定位密切相关。一个国家的学科如果自定位越强大，其开放程度通常越高。历史上，天文学界开放程度最高的是美国，其次是欧洲。日本虽然也跟随美国实行开放政策，但实际上很难申请到名义上开放的大型设备的时间。在2000年以前，中国并没有国际开放的设备，因为我们当时没有能够拿得出手的设备，开放与否并没有太大影响。

但现在情况完全不同了。随着一系列新设备的投入使用，我们将会越来越开放。这不仅推动了开放合作，也反映了我们日益增强的自信和实力。我们的发展态势和雄心壮志是相辅相成的。我们既要积极推动开放，同时也展现出我们强大的自信。

罗会仟（主持人）：随着我们科研实力的增加，一定会越来越开放的。其他设备板块大方面都是用户类的装置。我特别想问一个问题，现在国内大装置的国外用户是怎样的情况？哪位老师可以先讲？

匡光力：目前我们仍然有不少国外的用户提出申请，希望使用我们的科研装置。正如前面所提到的，某些国外的许多科研装置和国家实验室目前对中国学者关闭了大门，不再接受我们的申请。面对这种困难和非正常状态，我们一直在思考，我们都要做点什么？

其实我们可以加大力度，向更多的外国学者开放我们的装置。你不让我来你的装置用，我让你到我这儿来用，通过这种办法能够加强一些合作。目前某些外国似乎并没有限制他们的学者使用我们的装置，我觉得我们要有胸怀，改变这样的困难。

首先我们自己要亮明我们的态度，我们欢迎你们，没有任何对你保密的。你来用，这反正都是基础科学研究。基于这种想法，对于国外知名大用户提出的申请，我们通常会适度优先考虑。当然，我们也会有一些同行专家跟他们合作支持这种探索，以取得实质性的研究成果。这是涉及国际合作的一个重要方面。

第二，关于利用装置开展多学科交叉研究。强磁场装置实际上可以为多个学科提供极端实验条件，不仅服务于材料科学，也拓展到了生命科学和药物研发领域。通过稳态强磁场实验，我们发现了癌细胞在强磁场中的一些独特行为。特别是，强磁场能够调控癌细胞内的纺锤体、膜蛋白，导致它们排列有序，从而抑制癌细胞的生长。这一现象在撤除磁场后会逆转，癌细胞恢复快速增殖。

尽管将患者置于强磁场下治疗癌症尚不现实，我们的发现却为抗癌研究提供了新方向，激发了全球科研人员对纺锤体、膜蛋白的深入研究。原本用于材料物理的设备，现在也服务于生命科学的研究，促进了新药的研发。

罗会仟（主持人）：非常感谢匡老师，确实常常是研究物质科学一转身，也研究生命科学了，找到了癌细胞里面。这个话题，我想先提问梁老师，因为梁老师也专门负责中子突破治疗的技术，有技术是用中子作为武器的杀死癌细胞。

梁天骄：罗老师提出的问题，实际上与我个人的研究紧密相关。我的专业是中子物理，目前也在开展硼中子俘获治疗技术（BNCT）的研究。这项技术是一个多学科交叉的领域。我们从核物理和技术的角度出发，扩展到辐射生物效应研究，探索硼中子俘获治疗与其他放射治疗方法的不同之处。

BNCT和其他放疗手段的一个不同在于需要高度肿瘤靶向的硼携带剂，这涉及到含硼药物的设计和传递，与药学紧密相关。而治疗本身则关乎医学实践。我的体会是，要在自己专业领域内做到最好。同时，与其他领域的专家建立良好的学习和交流关系。只有通过跨学科的合作，才能共同推动这一领域向更高水平发展。

刘啸嵩：我非常赞同前面几位老师的观点，特别是关于国际间的合作。虽然我们有三台光源，但北京和合肥的老光源都是一代或二代装置，性能水平在国际上并不领先。尽管我们持开放态度，欢迎全球用户申请使用，但实际上并没有太多国外用户申请。因此，我非常认同匡校长刚才所说的，在当前国际环境下，我们更应保持开放，但开放的前提是自身要足够强大。如果装置水平不足以吸引国际用户，他们可能会认为我们是在单方面向他们学习技术。

航天领域的例子就很说明问题。美国曾有沃尔夫法令，禁止与我们合作，但当我们从月球带回月壤后，他们却主动寻求合作。这告诉我们，只有当我们的装置达到国际先进水平，才能吸引国际用户。我相信，随着北京HEPS和合肥先进光源建成，都是第4代的指标最好的光源，将会吸引更多国际用户。

跨学科和跨领域研究是科研发展的趋势，我具体感受是，要真正实现跨学科跨领域合作，需要打通信息不通畅的障碍。

我举两个例子。长春光机所一直是中国精密机械和光学领域的领先研究机构之一，但他们以前主要承担国防军工项目。今年3月以来，我们与长春光机所进行了多次交流，发现他们在精密机械、精密光学、探测器等方面的技术对我们光源装置建设和自动化、智能化等方面都非常有用。只有信息通畅，跨学科跨领域的合作才能更加紧密。

另一个例子是去年在安徽一家做红外探测器的企业找到我们实验室要一起申报安徽省产业创新研究院。通过交流，我们发现他们能生产纯度13个9的高纯锗，这是X射线探测器的重要材料。以前我们根本不知道安徽本地一家企业能够生产这种高纯锗。无论是与研究机构还是企业的合作，只有需求方和供给方的信息顺畅，跨学科跨领域的合作才能得到实质性的推动。

梁天骄：我想补充一些关于中子源合作的情况。在疫情前，我们大约有10%的用户来自境外。疫情后，国际中子源的机时供给数量有所下降，而用户的申请量却在不断上升。我们希望抓住这个机会，特别是加强与欧洲的合作，因为与美国的合作相对困难。

同时，我们也希望进一步促进粤港澳大湾区的合作。中国香港和澳门的用户非常强，且地理位置相邻。此外，我们还希望拓展到东南亚地区。虽然之前东南亚的中子源用户较少，但现在，像印尼、泰国等国家也开始出现了中子源用户。我们希望能够利用这些机会，推动相关科技合作。

李天富：刚才大家都说了，我认为大科学装置是一个很好的合作平台窗口。去年的时候我们有三个国际用户实验，还有我们跟德国和瑞典也有共同建设中子谱仪装置。

跨学科前沿交叉研究非常重要，尤其是在当今生命科学、医药健康、信息技术、量子材料等快速发展的情况下，可能是实现未来科学突破的关键，搭配大装置可能在其中发挥很好的作用。

我记得当时在国外做实验时，我注意到科研人员就很爱在光源和中子源设施来做实验。其中一个原因就是你会遇到一些你意想不到的人，会有时空的交集，大家喝咖啡的时候就能够很放松的交流，它可能会很有利于产生非常原创的想法。所以这是一个很好的平台，我们也希望把这种文化发展下去。

罗会仟（主持人）：非常感谢几位嘉宾的分享，我想我们的大科学装置在国内发展的越来越快，我们也相信这种合作会越来越密切，国外的战友们也应该会越来越多，也希望在座的老师们能够多多的参与，提一些建议。