德國大科學中心現狀分析

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大科學裝置分布情況

德國對於大科學裝置的定義與傳統意義上有所區別。在德國，包括資料庫、資源庫（例如種子資源庫、基因庫等）以及社科設施等都被算作大科學裝置。目前，德國大科學裝置的建設、開發以及運營主要由德國亥姆霍茲學會下屬的18個大型研究機構承擔。2010年以來，德國在基礎研究大型設施方面的投入比例穩定、總量逐年增加，2015年已經達到12億歐元。下面是亥姆霍茲學會擁有大科學裝置情況（除社科設施外）：

此外，德國先後制定了大科學裝置的建設路線規劃，並將多國合作作為未來大科學裝置的一種重要形式，下圖是部分大科學裝置的建設規劃明細：

表1 德國大科學裝置建設規劃

*為亥姆霍茲學會研究基礎設施經費；**為萊布尼茨社會科學研究預算，只包括協調成本；***為項目資金和機構資金。

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大科學中心分布情況

從大科學裝置的集群程度以及相關科研院所的配套看，圍繞大科學裝置建設，德國主要有五大大科學中心：光源大科學中心（德國電子同步加速器，漢堡州）、離子研究大科學中心（亥姆霍茲重離子研究中心，黑森州）、核聚變大科學中心（馬克斯-普朗克等離子體物理研究所，巴伐利亞州）、高能物理綜合研究大科學中心（亥姆霍茲柏林材料與能源中心，柏林州）、超算中心（於利希研究中心，北萊恩-威斯特法倫州）

（1）光源研究大科學中心。

該中心位於德國漢堡州，主要依託德國電子同步加速器（DESY）為基礎開展研究，涵蓋了包括PETRA III正負電子儲存環、FLASH自由電子激光裝置、XFEL歐洲X射線自由電子激光裝置等大科學裝置，特別是XFEL裝置，該裝置是世界上最先進、效率最高的X射線系統。整個科學中心主要圍繞濃縮物質、材料物理學、納米科學、離子物理、化學以及結構生物學進行研究工作。

（2）離子研究大科學中心。

該中心主要由亥姆霍茲重離子研究中心作為研究主體，涵蓋了包括UNILAC全球線性加速器、SIS-18 重離子加速器、ESR電子自旋共振裝置、FRS片段分離器、COSY大型粒子加速器、FAIR反質子與離子研究裝置等多個大科學裝置。GSI運營著全球獨一無二的大型離子加速器設備，目前員工約1350人。此外，來自世界各地大學和其他研究機構的約1000名研究人員使用該設施進行實驗。 GSI是一家有限責任公司。僱員是德國聯邦政府（90％），黑森州（8％），萊茵蘭-普法爾茨州（1％）和圖林根州自由州（1％）。他們由聯邦教育和研究部以及各部委在董事會中代表。GSI是德國最大的研究機構。

（3）核聚變大科學中心。

該中心位於巴伐利亞州，主要依託亥姆霍茲學會馬克斯-普朗克等離子體物理研究所開展研究。該中心的大科學裝置主要是Wendelstein 7-X核聚變實驗裝置、ASDEX Upgrade 下一代托克馬克。

（4）高能物理綜合研究大科學中心。

該中心位於柏林州，主要依託亥姆霍茲柏林材料與能源中心進行建設。該中心的主要大科學裝置有BESSY II同步輻射光源、BER II柏林研究反應堆、HFM高磁場體。從研究方向看，該中心主要體現綜合性研究的特徵，服務於材料與新能源的研究。

（5）超算中心。

該中心位於北萊恩-威斯特法倫州，主要依託利希研究中心的兩台超級計算機開展建設，服務於科學工程產生的龐大數據分析以及實驗模型模擬等工作。

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科學中心的運行機制

1. 建設投入模式

德國的大科學裝置運營中心建設方式主要有德國獨立建設和多國合作建設兩種，其中德國獨立建設的裝置一般由聯邦和裝置所在州按照9：1的比例共同出資。由於這些大科學裝置的建設和運行均由國家投入巨額經費、巨大人力，因此，大科學裝置具有明確而長遠的科學目標，負責管理運行裝置的組織機構也被賦予了明確的使命。隨著大科學裝置研究的科學問題越來越深入，建設規模越來越大，建設和運行費用越來越高，單獨一個國家無論是財力還是技術都難以承擔。 聯邦教研部認為，在國家層面、歐盟層面甚至全球層面統籌規劃、運行和使用這些基礎設施十分分必要。因此，通過國際合作共同出資建設和共同管理大科學裝置 ，已經成為普遍採取的方式。在新的大型研究基礎設施建設路線圖確定的15個大科學裝置中，只有7個由德國獨立建設 ，其餘都將與其它國家共同建設。

德國大科學裝置的建設一般先由有關研究中心提出，經聯合會理事會研究同意並報聯邦教研部決定後 ，列入「大型研究基礎設施路線圖」實施。在大科學裝置項目規劃和啟動階段，組建公益性的股份有限公司(GmbH)或協會遊說其他國家參加。以歐洲XFEL為例，該裝置大部分設施在地下隧道系統中運行，由4500平方米的地下實驗大廳、地下技術廳以及實驗樓和辦公樓等組成，總長3.4公里，包含一個長1.7公里的直線加速器。建設費包括試運行費用，考慮膨脹因素，2016年實際成本為16．24億歐元。德國作為東道國出資58％，俄羅斯出資27％，其他國際夥伴出資比例在1％—3％之間。2009年成立非盈利性質的歐洲X射線自由電子激光器股份有限公司，成員有11個歐洲國家。

2. 組織管理制度

各大科學裝置運理機構都制訂了相應管理制度。以歐洲XFEL為例，在管理上按照德國公益性有限責任公司的法律規定，公司設立了理事會和董事會。理事會是公司的最高決策機構，由股東代表組成，每年至少召開兩次會議。其職能是對公司重大事項進行決策，保障公司正常運轉，並與科學委員會合作，確保研究設施得到最佳利用。董事會是具體執行和管理協調部門。此外，還設有行政和財務委員會(AFC)、機械諮詢委員會(MAC)、科學諮詢委員會(SAC)、實物審查委員

會(IKRC)、檢測諮詢委員會(DAC)和激光諮詢委員會(LAC)6個委員會，共同管理。

歐洲XFEL管理制度主要包括：《歐洲自由電子激光裝置建設和運營協議》、《歐洲自由電子激光裝置射線時間分配政策》、《股東運行成本重新分配方案》。

2009年由大股東德國牽頭聯合其他歐洲10國簽署了XFEL建設和運營協議，規定了各簽約國在建設費用中所佔比例(股份)及應繳納使用費的義務；並簽署公司合同，規定股東所享有的權利，包括在公司運營、財產、知識產權、設備使用等方面所享有的權益。XFEL時間分配政策則規定了非股東用戶使用該設施的義務和權益，保證設施能按期建成並投人正常使用，使該設施能充分發揮效益。

3. 運行管理機制

在設施使用上，包括使用時間、設備的購置及後期處置等都需預先提交申請，說明使用目的，得到理事會的批准後方可使用，以維護科研設施的科研屬性。在大科學裝置使用方面，歐洲XFEL的相關要求規定用戶必須通過參加以某種專業方向研究為目的的用戶協會(User Consortia)來使用。為組織和協調該裝置的使用，2013年在歐洲XFEL成立了7個用戶協會，如高能激光用戶協會HIBEF，主要瞄準高能量密度射線(HED)的研究課題。該協會由來自60個國家的60多個研究所的80個小組組成，包括350多位科學家和300多位博士研究生。用戶協會的目的是協調各研究小組共同的研究活動。在HED射線使用時間分配上，扣除20％維護和內部研究的時間外，其餘80％的時間可以進行分配。其中 大約30％ 的時間提供給HIBEF用戶協會成員用於自己的試驗，主要滿足新的研究方案、戰略性的研究課題、新研究人員團隊和較大試驗等需求；50％的射線時間用於滿足普通外部客戶的需要。專家組成熟的實驗申請主要通過公開的申請系統進行提交。

4. 開放共享制度

歐洲XFEL的開放共享服務遵循以下主要原則：一是射線範圍原則，根據光源射線的不同範圍進行分配，一般情況下其結果是公開的；二是同行評審原則，由相關領域專家組成的評審委員會對項目進行評審，專家主要來自會員國及相關夥伴關係國家；三是靈活性原則，一般情況下，射線時間分配的總體框架是六個月為一個周期，但也具有充分的靈活性，允許具有高優先順序工作的快速訪問。在特殊情況下，項目申請可繞過常規射線時間分配方案，並在應急管理時間內進行，但事後提交理由。通過採取相應措施，優先保障優秀項目的長期使用。以歐洲XFEL為例，包括大學和研究機構以及工業企業在內的各個用戶均可通過用戶協會提交使用申請。評審委員會對申請的科學合理性、技術可行性、人員、進度和財務，以及試驗的先進性和意義等方面進行評審，並最終由理事會確定使用時間。一般情況下評審委員會由內部專家組成，特殊情況下可聘請外部專家。審查專家數量應涵蓋裝置的各主要領域，同時也要足夠靈活和高效。

5. 知識產權管理

各大科學裝置都會以協議的形式對知識產權的所有和使用進行規定。合作成員在開展合作研究之前都必須達成協議，明晰各方責任和義務，以避免出現知識產權糾紛。歐洲XFEL有限責任公司的協議規定，公司對知識產權具有優先權，即實驗過程中如果有該公司派出的僱員參與，則公司對該實驗所形成的知識產權具有優先權。也就是說，公司是所有由其員工創造出來的知識產權的擁有者。

6. 評估機制

6.1 立項建設前評估

立項前評估過程包括兩個方面：以科學為主導的科學評估和以經濟為導向的經濟評估。科學為導向的評估由科學理事會進行。經濟導向的評估由德國航空航天中心(DLR)的項目管理機構進行。評估方法一般包括定性評估和比較評估，評價內容包括科學潛力、應用領域、可行性和對德國研究的重要性等幾個方面。

科學評估主要是對新領域的開發以及現有領域發展的評估，同時要考慮研究大科學裝置的競爭性和互補性。經濟評估主要是對建設成本和融資計劃的評估，包括建設階段的建設成本和運行成本，以及使用和調試階段的運行維護成本、經濟風險評估等。此外，實施方案和可行性、用戶使用以及數據應用和保護等方面也是經濟評估的重要內容，其中用戶使用指標包括需求和目標客戶群分析、內部 和外邊用戶的使用管理，特別是要對外部用戶使用率進行估算。

6.2 建成後對運行及服務的評價

（1）大科學裝置運營中心內部的自我評估。德國每個大科學裝置運營中心都有一個評審委員會，對裝置管理的透明度和使用效率進行審查。歐洲XFEL每年6月份的股東大會都會對裝置運營情況進行評估。

（2）亥姆霍茲聯合會對大科學裝置運營中心進行定期考核評價。主要是對

大科學裝置的用戶群體規模和來源、獲取大科學裝置使用的相關規章制度、數據管理和質量保障、科研成果及未來規劃等進行評價。大科學裝置的管理機構根據考核評價意見和建議，提高服務質量，完善相關管理。

（3）聯邦教研部和科學委員會對大科學裝置的綜合評價。聯邦教研部和科學委員會定期對大科學裝置的建設開發、管理運行和開放共享服務等進行綜合評價，其評價結果作為後續支持和擴大投資的重要依據。

END

廣東省科技信息與發展戰略研究所，是隸屬廣東省科學院的發展戰略研究諮詢機構與技術與產業創新信息綜合集成平台。研究所面向廣東省先進位造業、現代服務業和戰略性新興產業構建信息跟蹤、監測與分析矩陣，提供針對廣東省重點發展或前瞻布局的若干重要產業的深度分析與布局建議；圍繞服務國家戰略的重大領域（製造、能源、健康、資環等）開展前瞻性、宏觀性、戰略性研究，到2020年將建成華南領先、全國一流、並在國際上有重要影響的技術與產業創新分析研究與決策輔助機構。

廣東省科學院粵創中心

先進位造、能源、材料團隊

作者：黃敏聰 審校：張軍 編輯：褚英敏

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