中科院高能所工程技术人员正在对撞区安装超导磁铁
北京正负电子对撞机、上海同步辐射光源、兰州重离子加速器、中国西南野生生物种质资源库……一个个响亮的名字，是我国正在建设和完善的大科学装置。它们之所以备受各方关注，是因为其在提高我国自主创新能力方面占据重要地位。
人类探索自然和科学世界必须借助科学仪器。随着科学技术的发展，人类对物质结构的认识逐步深入到细胞、分子、原子和原子核层次，每深入一步都会带来巨大的社会效益和经济效益，而每进一步也都离不开科学装置的发展和更新。
大科学装置对于取得重大创新性科学成果具有不可替代的支撑作用，对于促进经济社会全面、协调、可持续发展和国家安全具有重要作用。目前，世界各国都认识到大科学装置在国家创新能力中的重要地位，许多国家特别是发达国家在已经建设众多大科学装置的基础上，纷纷制定新的大科学装置发展规划。在这一领域，我国也在迎头赶上。本期周刊特别关注我国在建的大科学装置，以飨读者。
记者：大科学装置的一个重要特点是投资巨大、耗时较长，在发达国家都感到吃力的情况下，中国为什么要开展这些工程？
白春礼：当前全球竞争日趋激烈，加强创新能力建设成为世界各国提高国际竞争力的重要国策。我国确立了建设创新型国家的发展战略，而大科学装置在创新能力的提升中占据重要地位。
人类探索自然世界必须借助科学仪器。随着科学技术的发展，人类对物质结构的认识是从一开始看到身边的各种物质逐步深入到细胞、分子、原子和原子核深层次，这些原子内部结构与运动的信息只有借助大科学装置才能获得，而这些信息是众多学科前沿研究的基础。
目前，世界各国都认识到大科学装置在国家创新能力中的重要地位，许多国家特别是发达国家在已经建设众多大科学装置的基础上，纷纷制定雄心勃勃的大科学装置发展规划并加大对大科学装置的投入规模。
我国要在未来的科技竞争中取得优势，必须建造大科学装置提升原始创新能力，提升我国基础科学和前沿高技术领域的创新能力，在部分科技前沿领域在国际上占据一席之地。
记者：我国在建和建成的大科学实验装置有哪些？运行情况如何？未来一段时间国家对发展大科学实验装置有什么规划？
白春礼：目前我国在建和建成的大科学装置包括北京正负电子对撞机、合肥同步辐射装置、兰州重离子加速器、托卡马克聚变实验装置、长短波授时系统、遥感卫星地面站、遥感飞机、上海光源、地壳运动观测网络、中国西南野生生物种质资源库、生物安全实验室等。
“十一五”期间，我国将投资60多亿元启动建设12项大科学装置，包括散裂中子源、强磁场实验装置、大型天文望远镜、海洋科学综合考察船、航空遥感系统、结冰风洞、大陆构造环境监测网络、重大工程材料服役安全研究评价设施、蛋白质科学研究设施、子午工程、地下资源与地震预测极低频电磁探测网、农业生物安全研究设施等。
我国已建成的大科学装置运行情况总体良好，提高了我国在相关基础研究前沿领域的国际地位和战略高技术的研发能力，为国家经济建设、社会发展和国家安全提供了有效的服务，提升了我国在相关领域的科技创新能力和国际竞争力。例如北京正负电子对撞机的建成，奠定了中国在国际高能物理界的地位；刚刚通过国家验收的全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置（EAST），使中国的聚变研究向前迈出了一大步。同时，通过大科学装置的建设、运行使用和发展，中科院也为国家培养和造就了一支颇具实力的工程技术、科研和管理队伍，其中不乏专业领域的拔尖人才和国际上有影响的科学技术专家。
记者：在自主建设大科学装置的同时，我国也在积极参加国际大科学工程建设，这与我国自主发展大科学装置有没有矛盾？如何处理好自主发展与国际合作的关系？
白春礼：重大科技基础设施诞生之始就表现出开放性、国际化的发展趋势，在其后的发展过程中，这一趋势逐步增强，其原因来自两方面：一是由于科学目标的提升，重大科技基础设施的技术越来越复杂，规模越来越大，所需的资源越来越多，以至于一个国家难以承担，必须集中世界各国的资源来共同推进。二是科学发展的内在需求。由于许多科学问题都需要在全球范围内开展整体性的研究，要求将相关大科学设施纳入一个整体的建设和研究框架。这种合作常常通过大型国际科学计划来体现。自主创新不是关起门来“自我”创新，而是在开放条件下创新。应坚持在平等互利的基础上，积极开展国际和地区间的科技交流与合作，提高自主创新的起点。通过国际科技合作，引进先进技术，加快技术升级换代和技术转移速度，在创新路径上尽量少走弯路，实现技术跨越和后来居上。通过参与国际大科学工程，也为我国培养一流科学家创造了条件。正因为如此，各国都希望在合作中为本国争取最大的科学效益和社会经济利益，因此合作中也存在竞争。
“撞”出物质的奥秘
大科学装置的存在和应用水平，是一个国家科学技术发展的具象。它如同一块巨大的磁铁，能够集聚智慧，构成一个多学科阵地。作为典型的大科学装置，北京正负电子对撞机的重大改造工程就是要再添磁力。
3月26日上午，陈和生院士站在欢腾的人群中，把手中纸杯高高举起：“为了重大改造工程新的里程碑，干杯！”陈和生所说的新里程碑，就是刚刚取得的正负电子对撞成功。
对撞机“升级换代”难度超乎想象
身兼北京正负电子对撞机重大改造工程经理，中科院高能所所长陈和生如此激动的理由很充分，“这次正负电子束流对撞成功，是新双环对撞机的第一次电子对撞，意味着改造工程双环对撞方案的成功，同时也显示出重大改造工程更有信心地进入最后一个阶段。”
奥运年将是北京正负电子对撞机重大改造工程的完工年。这项从2003年开始，耗资6.4亿元、为期5年的大科学装置改造工程分三个阶段完成。去年11月，储存环单环改双环这一最关键和最困难的环节已经度过，顺利完成对撞机重大改造工程的第二阶段任务，剩下就是安装对撞机上的大型粒子探测器北京谱仪的任务。
改造工程采用的是世界先进的双环交叉对撞方案，原先电子只有一条“光速跑道”，改造后正负电子各占一条“跑道”进行大角度水平对撞，对撞机性能将提高100倍。不过，改造难度也是超乎想象，十几吨的设备不能使用大吊车安放，数万根电缆一根都不能接错，这些仅仅是改造工程千头万绪的几缕。“比如隧道原来是给单环设计，空间狭小，现在安装双环就拥挤到了极点。国外成功的双环对撞机是在80米距离内实现电子对撞再分开，我们必须在28米内实现。”陈和生说，改造中许多技术和设备国内从未有过，而高能物理对撞机的加工精度比航天、航空领域还要高。12
北京正负电子对撞机在我国大科学装置工程中赫赫有名，为示范之作。1988年10月16日凌晨实现第一次对撞时，曾被形容为“我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域又一重大突破性成就”。北京正负对撞机重大改造工程的实施，将让这一大科学装置“升级换代”，继续立在国际高能物理的前端。
改造后将加入最先进行列
“核子重如牛，对撞生新态”。李政道曾为国画大师李可染讲述人类可以通过重离子对撞探索宇宙奥秘。李可染为科学奇观深深感染，欣然落笔绘就了一幅体现对撞内蕴的二牛抵角相峙图。作为探究微观世界中的最小构成单元及其相互作用规律的工具，正负电子对撞机超前的作用和意义远远超出当时人的想象。
同时，作为典型的大科学装置工程，对撞机建设规模巨大，大量采用世界上最先进的高技术，具有投资高、投入人力资源量大和建造周期长等特点。1984年10月，北京正负电子对撞机动工兴建，在当时的国民经济发展形势下，国家向对撞机投入了2.4亿元。
当年在北京西郊玉泉路，邓小平兴致勃勃地为北京正负电子对撞机动工挥锹送出第一块奠基土。针对当时对撞机建设是否“超前”的争议，他对周围人说：“我相信，这件事不会错。”
谈到北京电子正负对撞机，中科院院长路甬祥说，“我们很难设想用别人的仪器，观测到人家没有观测到的现象。”
“北京正负电子对撞机建成，奠定了中国在国际高能物理界的地位。”陈和生1984年到高能所工作，到2003年接受对撞机重大改造工程经理一职时，已在高能所工作近十年。
北京正负电子对撞机重大改造工程完工后，将成为世界上最先进的双环对撞机之一。
“这里会是科技创新的沃土”
走进高能所大楼，经常能碰到来为对撞机做实验的外国科学家。陈和生有时候会给他们解释一楼大厅两边墙上的两排字。一排是周恩来总理1972年9月给18位科技工作者来信的重要批示：建立我国自己的高能物理试验基地“这件事不能再延迟了”，另一排就是邓小平在对撞机第一次成功对撞后所说的“中国必须在世界高科技领域占有一席之地”。
对撞机的建成大大促进了我国高能物理的国际合作。中国通往互联网的最早出口就在高能所，并且最早使用网页来交流信息，那时候，大部分电脑还停留在孤岛和字符时代。
国际合作是世界各国发展粒子物理实验研究的基本方式，但直到北京正负电子对撞机建成并投入运行之后，中国才终于有条件作为东道国组织多国科学家参与的、大规模的物理实验，进行中方为主的国际合作。
“这样的好处在于，我们随时可以掌握国际高能物理的最新动态，精准地判断研究方向，及时启动国际高能物理学界最关心和最急需解决的研究课题。”陈和生说。
北京正负电子对撞机为自己也为科学撞出了一番新天地。“τ轻子质量的精确测量”被国际上评价为当年最重要的高能物理实验成果之一；“2—5GeV能区的R值测量”结果，促使2002年国际粒子数据手册将多年不变的R值图做了重大改动，从2000年起至今，所有的高能物理会议都引用这一测量结果；2003年，李政道先生专门写信到高能所祝贺一个新短寿命粒子的发现：“这是一个十分重要的成果，也是物理学上很有意义的工作。”
“任何一个大科学装置，都会自然而然成为一个小型科学研究中心。”陈和生说，高能所的定位就是以大科学装置为依托的多学科综合性研究机构。
和高能物理研究打了一辈子交道的方守贤院士认为，高能加速器是最前沿的科学技术，必然向经济技术领域转移，并产生巨大效益。北京正负电子对撞机的建成运行，在国内发挥了示范作用，也使我国电子学、微波和高频、超高真空等方面有了较大突破和提高，有力地推动了我国机械、电子工业技术的发展。“这里会是科技创新的沃土。”陈和生说，北京正负电子对撞机重大改造工程建设大量采用国际上先进的高精尖技术，对于我国相关高科技技术和产业来说，又将是一次重要的发展机遇。
中科院在建或将建的国家重大科技基础设施
在建项目
1.北京正负电子对撞机二期工程(BEPC II)，由高能物理研究所承建；
2.大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)，由国家天文台承建；
3.东半球空间环境地基综合监测子午链（子午工程），由空间科学与应用研究中心承建；
4.上海同步辐射光源(SSRF)，由上海应用物理研究所承建；
5.武汉国家生物安全实验室(P4)，由武汉病毒研究所承建；
6.兰州重离子加速器冷却储存环工程，由近代物理研究所承建；
7.中国西南野生生物种质资源库，由昆明植物研究所承建；
8.全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)，由合肥物质科学研究院承建。
将建项目：
1.强磁场实验装置—稳态部分，由合肥物质科学研究院承建；
2.航空遥感系统，由电子学研究所承建；
3.500米口径球面射电望远镜(FAST)，由国家天文台承建；
4.海洋科学综合考察船，由海洋研究所承建；5.蛋白质科学研究设施，由上海生命科学研究院承建；6.散裂中子源，由高能物理研究所承建。第2页
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