在科技迅猛发展的今天，大科学装置作为国家重大科技基础设施，已成为推动科技创新的关键利器。近日，中国科学院高能物理研究所承担的大科学装置HEPS（高能同步辐射光源）取得阶段性成果，引发广泛关注。HEPS建成后，将跻身世界最亮的第四代同步辐射光源之列，标志着中国正式进入世界三大第四代高能同步辐射光源所在地行列。

今年的政府工作报告提出加快重大科技基础设施的体系化布局，推进共性技术平台和中试验证平台建设。目前，中国已布局建设77个国家重大科技基础设施或大科学装置，尽管如此，与发达国家相比，我国在这一领域仍有一定差距。

为深入了解HEPS的意义和大科学装置的重要性，我们请了两位权威专家：中国科学院高能物理研究所研究员焦毅，以及中国科学院科技战略咨询研究院研究员穆荣平，一同讨论大科学装置的问题。

嘉宾介绍：

穆荣平  中国科学院科技战略咨询研究院研究员

焦  毅  高能同步辐射光源加速器部副主任

柴瀚杰  多年科普行业从业者，科普自媒体创作者

高能同步辐射光源的"高能"体现在哪里？同步辐射又是什么？

焦毅：高能同步辐射光源的"高能"主要通过电子束流的能量来区分。我们的HEPS电子束流能量达60亿电子伏特，远高于中能（30-40亿电子伏特）和低能（10-20亿电子伏特）光源。

同步辐射是一种覆盖广泛电磁波波段的辐射，我们主要关注X射线波段。1940年代，科学家在同步加速器上首次发现这种高品质辐射，因此简称为同步辐射。它就像一个超大型的先进X光机，性能比医院的X光机高十几个数量级。从庞大的工程材料到微小的细胞、蛋白质结构，它都能进行精确检测。

HEPS的束流存储是什么概念？

焦毅：束流存储是HEPS光源中最核心部分——储存环的主要功能。光源建设经历设备研制、安装和调试等阶段后，最后进行束流调试。这一步骤对光源建设至关重要，标志着光源加速器的物理设计、工程设计，以及设备的研制、安装、调试都取得了成功，意味着光源距离建成投入使用更近了一步。

高能同步辐射光源在实际应用中有哪些优势？

焦毅：高能光源的应用范围广泛。例如，它可以像医院的X光机给人体拍片一样，对高端工程材料进行无损检测，发现加工过程中的瑕疵。高能光源的穿透深度可达厘米量级，能对较厚的工程材料进行检测。

在生命科学领域，X射线可以观察细胞结构。我国科学家利用上海光源解析了新冠病毒的蛋白质结构，为药物开发和疫苗设计提供了重要基础。早在2003年，清华大学饶子和院士团队就利用北京正负电子对撞机（第一代光源）解析了非典病毒的蛋白质结构，迅速找到了潜在的药物化合物。

第四代高能同步辐射光源相比第三代有何优势？

焦毅：我国的第三代光源——上海光源于2009年建成，为相关学科提供了重要支撑。相比之下，第四代光源HEPS在规模和造价上只增加了2-3倍，但在性能上，电子束的束流发射度和同步光的亮度提高了2-3个数量级。这意味着我们能以更高的分辨率探测微观结构，看得更清晰，也使得一些在三代光源上无法开展的前沿研究成为可能。

HEPS建成后会对我们的生活产生哪些影响？

焦毅：HEPS建成后，将为物理、化学、先进材料、生命科学、能源环境等前沿研究提供强有力的支持。作为一个开放的平台型大科学装置，它将吸引全球优秀科学家参与建设、运行和使用，同时培养一批顶尖科学家和优秀青年人才，为重大创新成果和关键核心技术突破创造良好环境。

什么样的装置能称为大科学装置？

穆荣平：从字面上理解，大科学装置确实在规模上很“大”。比如位于怀柔的HEPS，又如被称为“天眼”的FAST望远镜，也是一个巨大的科学装置。大科学装置的重要性在于它能做的事情很多。由于其规模大，可以创造极端条件，让我们观察到在一般条件下看不到的许多物理现象。这些装置不仅可以用于前沿科学研究，还能培养高水平人才。

大科学装置有单体的，也有组合的。目前，我国在建和运行的重大科技基础设施大约有75到76个，这包括大型单体装置和一些虽然分散但非常重要的组合设施。

为什么说大科学装置是“国之重器”？

穆荣平：重大科技基础设施是国家创新能力的物质技术基础。它们不仅规模大、投资大，更重要的是对国家发展的全局和长远有重要影响。大科学装置可分为偏基础科学、偏前沿技术和瞄准战略产业等类型。短期内，它们能解决国家发展中的具体问题，如超高音速飞行的风洞试验。长远来看，如高能物理研究有助于认识自然规律，影响未来技术发展。此外，建造过程中往往会衍生出许多新技术，这些技术本身就是科技创新的重要成果。

我国还有哪些值得关注的大科学装置？

穆荣平：我国拥有多个重要的大科学装置。1980年代，我国最早建成的三个大科学装置是北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器和合肥同步辐射光源。现在，我们还有上海光源、强磁场装置、FAST等。在广东惠州，还有核材料相关的重要装置。从“十一五”到“十四五”，每个五年计划大约建设15个左右的重大科技基础设施。

不同类别大科学装置的作用是什么？

穆荣平：大科学装置能带来多种可能性。基础科学研究可分为基础科学、技术科学和工程技术三个层次。大科学装置如同一个大系统，以同步辐射光源为例，光源提供光，就像有了一把“枪”，而后续的研究人员则决定用这把“枪”来“打”什么目标。不同的线站离我们的日常生活可能更近，比如材料研究线站、生命科学线站等。

国际上有哪些大科学装置值得我们关注？

穆荣平：我们可以关注一下发达国家在二战后建立的一些重大科技基础设施，比如英国的哈威尔科技城、法国的格勒诺布尔科学中心、欧洲核子中心、德国电子同步辐射加速器（DESY）、美国的斯坦福线性加速器等。这些地方不仅有大型科学装置，还汇聚了以科学家为主的科研机构和与产业相关的研究机构，形成了强大的科研集群。在中国，我们正在建设科学城，也是期望能够建立类似的重大科技基础设施集群。

大科学装置的价值不仅仅在于它存在于某个研究机构里，更重要的是它的开放性。我们希望能让更多有创新思想的人参与到这些装置的研究中来，从而产生更多的科研成果。

大科学装置的建设与发展关乎国家科技创新实力和未来发展。我们应当加大投入和支持力度，培养优秀科技人才，不断提升科技创新能力。让中国的大科学装置在世界科技舞台上绽放光彩，为人类科技进步贡献中国智慧和力量。

嘉宾

穆荣平 焦毅 柴瀚杰

出品人

阮草

总策划

孟令耘

监制

于春

主持人

杨斯宁

策划

马依斐

统筹

白竟楠 康欢

导演

李嫣茹

编辑

郑羽佳 王淇薇 王珊

摄像

王亦文  李嫣茹 赵益玮 杨思壮

剪辑

王亦文 吴玉顺

设计

杨家宁 李学维 巨淇 杨璐

出品单位

中国科协科学技术传播中心

制作单位

中科海镁（北京）科技有限公司

特别鸣谢

中国科学院科技战略咨询研究院

中国科学院高能物理研究所

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