打造中國版「亥姆霍茲」 邁出了新征程的第一步

上海光源全景。胡蔚成攝

　　來源：中國科學報

　　今年5月6日，我國大陸首台第三代同步輻射光源——上海光源，迎來了向用戶開放十周年的「生日」。

　　這個從農田中破土而出的「鸚鵡螺」，是由中國科學院與上海市共建的首個大科學裝置。

　　過去十年間，以上海光源為中心，院市合作、建設大科學裝置的「東風」，正在浦東張江涌流：國家蛋白質設施已投入使用；上海光源線站二期工程16條線站順利推進；軟X射線自由電子激光裝置與活細胞成像裝置不斷優化；硬X射線自由電子激光裝置土建工程已全面展開；百拍瓦超強超短激光裝置也在加緊攻關……到2025年，這些裝置全面建成時，張江綜合性國家科學中心將成為世界上大科學裝置最密集的地方。

　　如何將這些大科學裝置聯接成一個相互協同、緊密配合的「朋友圈」？

　　一條可行之路是建立大科學研究中心，仿效德國的亥姆霍茲聯合會，打破大科學裝置間的「圍牆」，使它們能並指成拳，為中國乃至世界科技創新，釋放出更強大的力量。

　　以中科院研究所分類改革為契機，2014年11月，中科院院長辦公會議批准籌建中科院上海大科學中心——打造中國版「亥姆霍茲」，邁出了新征程的第一步。

2018年2月，張江實驗室管理委員會第一次會議現場。圖片來源：中科院上海分院官網

　　崛起張江：

　　科研重器構築科技創新地標

　　今年5月，美國加州大學聖克魯茲分校教授戴維德·貝朗格不遠萬里，慕名來到上海光源做實驗，緣於同行對上海光源優異性能的共同讚譽。

　　曾幾何時，中國科學家只能站在「世界同步輻射俱樂部」的門外，靠申請國外大科學裝置的機時艱難開展實驗研究。

　　1993年12月，丁大釗、方守賢、冼鼎昌3位中科院院士前瞻性地向國家提議：「在我國建設一台第三代同步輻射光源」。

　　1995年3月，中科院與上海市政府商定，將這台大科學裝置落地張江。

　　在十幾年漫長的立項、預研與建設過程中，中科院調集了大量精兵強將來到中科院上海應用物理研究所，參與光源建設。

　　2009年5月，上海光源建成。如今，經過十年運行，上海光源在國際同類中能第三代光源中的產出成果數量與質量均位居前列。

　　從去年起，上海光源開始接受全球科學家的申請，迄今已服務了16個國家的177名科研人員。

　　形似巨大的鸚鵡螺，電子能量高達3.5G電子伏特的同步輻射光，從432米儲存環中被一條條光束線站引出。

　　上海光源已經成為支撐國內諸多學科領域前沿「領跑」和高技術發展不可或缺的實驗平台——

　　穩定運行十年，用戶從第一批20人增長到累計24684人，每年向用戶穩定供光5500小時，實驗支持用戶發表論文逾5000篇，其中高水平論文（SCI一區）1500餘篇，包括在《自然》《科學》《細胞》上發表96篇。

　　上海光源直接助力我國結構生物學實現快速發展。

　　2009年以前，國內同步輻射裝置解析出的蛋白質晶體結構僅有99個，而依靠上海光源，現在已多達3775個。

　　其中，埃博拉病毒、禽流感病毒等重要蛋白質的解析，為全球公共衛生事件的解決作出了重要貢獻。

　　藉助上海光源，我國物理學家發現了外爾費米子、三重簡併費米子。這是世界物理學界90年來的首次發現，對研發室溫低能耗電子器件有重要價值，還可用於量子計算機的設計製造。

　　在新能源、新材料、環境保護、文物保護等領域，上海光源頻頻助力用戶取得突破。

　　中科院院士包信和利用上海光源開展納米催化研究，成為上海光源首個登上《科學》的成果。

　　就在上海光源向用戶開放之際，蛋白質設施開始興建，並於2015年7月通過國家驗收。

　　作為全球生命科學領域首個以各種大型科學儀器和先進技術集成為核心的綜合性大科學裝置，截至2018年底，蛋白質設施累計提供用戶機時46.7萬小時；實驗研究支撐發表SCI論文714篇，包括在《自然》《科學》《細胞》上發表39篇。

　　以提升原始創新能力和支撐重大科技突破為目標，近年來，中科院在滬持續布局建設一批大科學裝置，一個全球規模最大、種類最齊全、功能最強的光子大科學裝置群正在逐步形成，將有力提升我國在相關研究領域的國際話語權。

　　與此同時，中科院與上海市政府聯合，積極布局世界一流科學城、世界一流實驗室，打造高水平創新基地。

　　預計到2025年，這些重大設施與創新機構建成運行後，將吸引全球越來越多的科學家來滬開展前沿科學研究，一座「科研重鎮」的雛形已經顯露出來。

　　「科研重鎮」也將是人才高地。大科學裝置為各類科技人員成長提供了廣闊舞台，成為頂級科學家的「孵化器」和高水平科技人才的「培養皿」。

　　今年，上海光源有兩位優秀用戶剛剛當選美國科學院外籍院士。

　　「十年間，上海光源聚集了一批優秀科學家及團隊。」中科院上海大科學中心主任、中科院上海應用物理研究所原所長、中科院上海高等研究院副院長趙振堂說，在上海光源的用戶中，有兩院院士53人，「百人計劃」「傑青」「千人計劃」科學家領銜的團隊400多個。

上海光源實驗大廳 胡蔚成攝

　　破除圍牆：

　　大科學裝置建起全球朋友圈

　　俯瞰張江科學城，當一座座大科學裝置拔地而起，科學家不禁思考起這樣一個問題：由於建設主體單位不同，這些大科學裝置是否會變成一個個科研創新的「孤島」？

　　即便每個設施都「力拔山兮」，若難以形成合力，則勢必無法發揮出最強大的潛能。

　　趙振堂說，破除大科學裝置之間的「圍牆」，使所有大裝置攜手並進、各展所長，是籌建上海大科學中心的「初心」，也是其承擔的使命。

　　2014年，中科院啟動研究所分類改革。建立大科學中心，成為負責運行上海光源的上海應用物理所給中科院提出的一個建議。

　　當年12月，中科院黨組做出決定：在上海建立大科學中心，探索大科學裝置集群的新型運作機制。

　　「我們做了大量的前期準備工作，但體制機制上的『破牆』並非易事。」趙振堂說，最初設想是建立光子科學中心，但張江實驗室的掛牌以及上海光源的整體劃轉，逐漸拓展形成全新格局。

　　作為中科院與上海市開展的新一輪院市合作項目，張江實驗室致力於將中科院的學科基礎優勢和人才團隊優勢，與上海突出的改革優勢、創新優勢和國際化優勢相結合，使上海成為國家實驗室成長的「沃土」和「家園」。

　　2017年5月，中科院黨組作出決定，將中科院在上海的大科學裝置全部劃歸中科院上海高等研究院，以支持張江實驗室建設。

　　當年9月，張江實驗室掛牌。上海大科學中心成為其下屬的一個機構，掛靠上海高等研究院，為大科學裝置打造「朋友圈」的「破牆」之路正式起步。

　　「這只是我們探索大科學裝置聯合機制的第一步。」趙振堂表示，打造一個世界級的共享實驗平台，必須有一流的運行設施、高效開放的共享機制以及先進的技術支撐和管理服務，實現「裝置—方法—研究」緊密結合，有利於提升實驗能力，產出重大和重要成果。

　　「因此，建設和穩定一支高水平的運維隊伍十分重要，面對張江企業『四面楚歌』挖人的現狀，我們還需要在凝聚隊伍上做更多探索。」趙振堂說，有了出色的人才，有了高水平的運維隊伍，才能不斷改進用戶實驗的技術支撐條件（包括專業實驗室、樣品保存和準備、數據儲存和處理等），並提高管理服務水平（包括課題申請、審批、執行與實驗服務等）。

　　在此基礎上，大科學裝置群才能面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向國民經濟主戰場，全方位開放合作，聚焦重點，加強產業和區域輻射，不斷產出重大成果。

　　現在，上海大科學中心擁有一支600多人的精幹研究團隊。

　　這支團隊通過同步輻射光源、蛋白質設施、自由電子激光裝置和光束線站的建設及運行，已成為我國大科學設施設計建設、新技術研發、設施運維和前沿交叉研究的國際科技勁旅。

　　上海光源曾以「自破土到出光僅用了3年時間」的速度，創下了一個世界紀錄。

　　趙振堂表示，他們將利用好研究所分類改革的契機，以建設大科學中心為抓手，立足張江這個全球最密集的大科學裝置群，為我國重大研究設施向社會開放探索完整的機制，樹立起一塊全國可複製、可推廣的樣板。

國家蛋白質科學研究（上海）設施

　　統籌協同：

　　打造科研「理想國」

　　如果科學研究有一個「理想國」，它應該會是這個樣子：一名科學家提出一個重大科學問題，來自不同領域的科學家幫他將問題分解，並設計出一系列實驗，然後利用這裡擁有的一流大科學裝置，以最優、最快的途徑探尋科學真知。

　　中科院在上海張江努力打造的，恰恰是這樣一個集聚全球創新資源的「強磁場」、創新成果的「原產地」。

　　在這座冉冉升起的創新「理想城」，探索建立科研「理想國」，意義非凡。

　　對大科學裝置進行統籌管理，保持其性能的優越，最終目的還是為了服務用戶。

　　趙振堂認為，效仿德國亥姆霍茲聯合會，打造中國版「亥姆霍茲」，是上海大科學中心的未來發展目標。

　　成立於2001年的德國亥姆霍茲聯合會擁有18個國家科研中心，其最大特點在於打破了以往各法人科研中心各行其是的運行框架，也突破了政府部門主導科技經費管理的模式。

　　它以重大科學問題為導向，在聯合會內部實施科研人員主導的五年科技任務規劃，並根據計劃內容的國際競爭力配置國家撥付的科研經費。

　　「對於大科學裝置集群的聯合運行，亥姆霍茲聯合會是一個很好的參考。」趙振堂透露，近兩年來，上海大科學中心已建立了經費管理、崗位聘任、項目實施等統籌管理制度，為即將形成的大科學裝置聯盟夯實了基礎。

　　首先，一家科研機構如果希望進入大科學中心，必須擁有「入會資格」。趙振堂說，擁有「入會資格」意味著「擁有大科學裝置」。

　　比如，目前已經加入上海大科學中心的4家科研單位，都有已經建成或正在建造的大科學裝置。除了上海光源和蛋白質設施，還有中科院上海微系統與信息技術研究所、上海科技大學。前者在上海光源出資建造了兩條光束線站，後者則是硬X射線自由電子激光裝置的項目法人單位。

　　其次，在上海大科學中心內部，將最終建立起一套提供「一門式」實驗解決方案的流程。

　　何建華說，「以後科學家帶著科學問題來，由中心召集各路專家，一起對問題進行分解，再合理安排使用各種大裝置上的機時，使科學問題能得到最高效的解決。」

　　中科院上海有機化學研究所研究員周佳海是上海光源和蛋白質設施的「雙料」用戶。他的學生幾乎每個月都跑去張江做實驗。

　　「如果去一次就能完成所有實驗，那將使科研效率大大提升。」周佳海希望大科學中心早日推出「實驗套餐」的定製服務。

科研人員在工作。國家蛋白質科學研究（上海）設施供圖

　　最終，上海大科學中心將面向國家重大戰略需求，依託國際一流的大科學裝置集群，形成以大裝置群為核心、以交叉研究平台為橋樑、集聚高水平科學與技術團隊的研究基地，對接上海張江綜合性國家科學中心的建設和管理模式，發展成為綜合型國家實驗室。

　　趙振堂透露，面向國家重大戰略需求和重大前沿科學問題，上海大科學中心已經在光子科學、生命科學、物質科學等領域部署了一系列高端用戶項目，未來將與全球科學家開展更為廣泛深入的合作。

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