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我国大科学装置渐入佳境 有望资源共享

行业聚焦点中国仪表网2009年08月05日 09:37人气:4354

 年初,从兰州传来喜讯:中国科学院近代物理所与兰州军区总医院和甘肃省肿瘤医院合作,利用国家大科学装置——兰州重离子加速器提供的100MeV/u的碳离子束,对浅层肿瘤病人进行了临床治疗试验。

  目前患者的肿瘤已完全消失或明显缩小,而且均无明显局部及全身不良反应,也未发现复发和转移病灶。截至目前,治疗病人总数已达82例。

  同时,近代物理所辐射生物效应研究组还对肿瘤发生的机理进行了动物实验研究,首次从多个生物学通路证实了杂合基因在肿瘤发生过程中的关键性作用,丰富了对肿瘤发生机理的认识。

  业界专家表示,癌症已成为威胁人类生命的头号杀手,但治愈率极低。近代物理所的临床试验,无疑为肿瘤的诊治提供了新的方法和路径,为肿瘤病人带来生的希望。

  近代物理所“重离子治癌临床试验”因此入选“影响兰州十大事件”。“兰州重离子加速器冷却储存环建成投入运行”和“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)落成”——两个事关中科院的大科学装置项目的消息还同时入选“2008年度中国基础研究十大新闻”。

  中国科学院院士、中国科学院常务副院长白春礼告诉《瞭望》新闻周刊,很多重大的科学发现、技术发明,包括技术的带动,都有赖于一些大的科学装置提供的基础,大科学装置的建设,无疑会极大地促进我国原始创新能力的提升。

  成为国家基础设施的重要部分

  “大科学装置是国家为解决重大科技前沿、国家战略需求中的战略性、基础性和前瞻性科技问题、谋求重大突破而投资建设的大型研究设施,是国家基础设施的重要组成部分。大科学装置的建设和运行本身也体现了科学进步和技术创新。”在2月17日举行的“大科学装置联合基金签约仪式”结束后,白春礼向本刊记者强调。

  据了解,大科学装置通过较大规模投入和工程建设来完成,建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动,来实现重要科学技术目标。大型设施是为满足现代科学研究所需的能量极高、密度极大、时间极短、强度极高等极限研究条件而产生的,它为人类提供了探索自然奥秘极限的能力,使科学研究有可能在微观化、宏观化、复杂化等方面不断深入,从而取得重要发现。

  白春礼告诉本刊记者,20世纪科学发展的一个重要特征是重大科技基础设施的出现。重大科技基础设施是科技发展的重要基础条件,是国家科技水平和综合实力的重要体现。发达国家高度重视重大科技基础设施和依托于它的科学研究,并给予大力支持,一些发展中国家也根据各自的国情提出自己的发展计划,积极建设重大科技基础设施。

  “随着全球竞争的日趋激烈,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。”白春礼认为,人类探索自然世界必须借助科学仪器,大科学装置已成为现代科学研究诸多领域取得突破的必要条件,“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。”

  我国最早开始重大科技基础设施建设是在新中国成立初期,在“两弹一星”计划带动下进行的。“文革”时期,虽然国内科学研究受到极大损害,但重大科技基础设施建设在中央的直接关怀下仍然在孕育着新的发展。改革开放以来,我国对重大科技基础设施的投入有了较大幅度增长,“七五”期间列入国家重点建设的科学项目仅5项,其中大科学工程2项,投资为3.4亿元;而“九五”、“十五”期间的投资则增加到近40亿元。

  “十一五”期间,国家相继启动散裂中子源、强磁场装置、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、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12项重大科技基础设施,投资将达到70亿元。

  规模最大的科学装置即将建成

  据《瞭望》新闻周刊了解,迄今我国已建成运行和正在建设的重大科技基础设施共46项,投入资金达120多亿元,覆盖了时间标准、导航、遥感、粒子物理与核物理、天文、地质、海洋、生态、生物资源、能源、国家安全等多个领域。

  中国科学院是承担我国大科学装置建设和运行的主要力量,目前该院已有8个重大科学装置在运行之中。

  始建于1984年的北京正负电子对撞机(BEPC)大科学装置,在高能物理研究领域为中国物理学家的研究探索立下了“汗马功劳”,使我国跻身于世界八大高能物理研究中心之一,奠定了中国在国际高能物理界的地位。

  同步辐射光在2003年SARS疫情出现时大显身手,成功测定了SARS病毒主蛋白酶的结构,为研制抵御SARS病毒的药物提供了重要参考。在肿瘤诊断方面,利用同步辐射光的高分辨特点,可以发现很小的肿瘤,实现肿瘤的早期诊断以提高肿瘤的治愈率。同步辐射X射线衍射方法已成为当前测定生物大分子结构的最有力手段,是研究生命现象与生物过程的利器。

  2004年底,我国开工建设了迄今为止投资规模最大的大科学装置——上海光源,这也是目前我国最大的科学装置,将在2009年上半年建成运行。

  这个大科学平台可以容纳60多条光束线,相当于建了60多个不同学科的重点实验室,可以同时向上百个实验站提供从红外光到硬X射线的各种同步辐射光;每天能容纳数百名来自世界各地、不同学科领域的科学家和工程师进行科学研究和技术开发;可用于从事生命科学、材料、环境、信息科学、凝聚态物理、原子分子物理、团簇物理、化学、医学、药学、地质学等多学科的前沿基础研究,以及微电子、医药、石油化工、生物工程、医疗诊断和微加工等高技术的开发应用的实验研究。

  据中科院上海应用物理研究所所长徐洪杰介绍,上海光源发出的同步辐射光波长相当于人头发丝直径的万分之一。如果用于癌症观测,可以大大提高它的诊断水平。比如说乳腺癌,人类目前的观测能力最小大概能观测到5个毫米,而上海光源将有可能观测到1~2个毫米的早期癌症细胞。

  在超大规模集成电路中硅晶片中的痕量杂质探测分析、飞机发动机和航天器的疲劳测试、纸浆无氯漂白工艺改进、化妆品效果分析、新口味凝胶食品的开发等产业研发与检测方面,上海光源也将大显身手。

  近年来,我国在卫星发射、载人航天领域捷报频传,为这些重大任务提供授时保证的是另一项国家重大科学工程——国家授时中心装置。

  2007年3月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),是我国自主设计、建造的国际上第一个全超导装置。它的成功运行,使我国在核聚变能研究中处于国际前沿,为我国参与国际热核聚变试验堆计划打下了坚实基础。

  兰州重离子加速器建成于1988年,取得了以合成超重新核素为代表的重大成果,使我国跻身于国际重离子物理研究先进行列。2008年7月通过国家验收的冷却储存环(CSR)是我国自行设计建造的第一个规模最大、能量最高、可实现全离子加速的重离子同步加速器冷却储存环系统。利用兰州重离子加速器提供的离子,可以开展航天元器件和线路的空间辐射效应及选用风险评估测试实验,获得的数据对指导航天电子元器件和系统抗辐射加固具有重要意义。

  经过10多年的重离子治癌前期研究,依托重离子加速器建成的浅层(深度小于2.5厘米)治癌装置,利用中能碳离子束试验治疗了7批82例浅层肿瘤患者(从2006年11月底到2008年9月),疗效非常显著。目前,利用HIRFL-CSR提供的高能重离子束进行深部治癌的装置即将建成投入使用。

  此外,遥感飞机已安全运行20年,累计飞行近6000小时,获得的大量数据成为南水北调、西气东输等重大工程建设、土地利用动态监测、森林资源调查等有关工作的重要依据……

  白春礼说,我国已建成的大科学装置运行情况总体良好,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,“他们是我国大科学装置进一步发展的宝贵资源”。

  打破条块分割有望资源共享

  “开放共享是大科学装置的一个显著特点。但一直以来,由于缺少专项支持经费,大科学装置很难实现开放共享。”白春礼告诉本刊记者,大科学装置建设和运行经费已经落实,但依托大科学装置的科研经费没有明确的渠道,没有专项资金,以前总是由科研人员自行申请,不仅手续繁杂且需要很长时间。另外缺乏用户的参与机制、开放共享服务设施不足、开放共享的评价、监督和反馈机制不完善等也影响了开放共享的程度。

  他透露道,由国家自然科学基金委与中科院共同设立的“大科学装置科学研究联合基金”,将打破条块分割,避免资源分散和重复建设,提高大科学装置的利用效率。

  国家自然科学基金委主任、中科院院士陈宜瑜告诉本刊记者,设立联合基金的目的是通过国家自然科学基金评审、资助和管理系统,发挥国家自然科学基金的导向和协调作用,吸引和调动全国高等院校、科研机构的力量,充分利用科学院承建的国家大科学装置的功能和作用,开展多学科前沿领域、综合交叉领域研究,开拓新的研究方向;发挥这些大科学装置的综合平台效能,提升我国基础科学自主创新能力和我国在前沿科学领域、多学科交叉研究领域的源头创新能力,培养大科学装置科学研究人才。

  迄今为止,国家自然科学基金委员会共设立了13项联合基金(含2项涉外联合基金)和若干项联合资助项目,其中部分联合基金和联合资助项目已经连续签署了2~3期合作协议。1999~2008年,共资助这类项目1265项,总经费达6.8亿元。

  陈宜瑜透露,大科学装置科学研究联合基金首批投入经费4000万元,由国家自然科学基金委员会与中国科学院各出资1/2,执行期为2009~2011年。按照突出大科学装置共用性、弱化专用性、促进开放性、提升创新性的思路,联合基金将主要依托北京正负电子对撞机(北京谱仪和北京同步辐射装置)、兰州重离子加速器与冷却储存环装置、上海光源装置、合肥同步辐射装置实施。基金委将在今年3月初单独发布指南,受理全国高校和科研院所的申请。
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