王贻芳白云翔
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摘要：大科学工程是探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革的大型科学项目，是体现国家科技创新能力和综合国力的重要标志。作为一种战略性的科技资源，大科学设施在我国科技和经济社会发展中发挥了重要的作用。近年来，我国科研投入逐年增加，科技论文发表、专利申请数量已居世界第一，但与之相应的重大成果却不足，这与我国在“大科学”发展方面存在的一些问题有关。为了实现“建设世界科技强国”的愿景，我们需要把握好世界科技革命的突破方向，在重点领域规划和建设国际一流的大科学设施方面实现引领。本文针对当前的国家战略目标，分析了我国大科学设施发展与世界科技强国之间存在的差距，并就将面临的机遇展开讨论，对我国在未来一段时间内的大科学设施发展战略提出建议。关键词：大科学设施，大科学，重大科技基础设施，创新驱动发展战略，自主创新，科技创新中心
中图分类号:G311文献标识码：A
DOI:10.19524/jki.10-1009/g3.2021.01.012
大科学工程又称为国家重大科技基础设施或大科学设施（或简称为设施），是指通过较大规模投入、设备研制和工程建设，建成后通过长期
作者简介：王贻芳，中国科学院高能物理研究所研究员，中国科学院院士，第三世界科学院院士，俄罗斯科学院外籍院士。主要研究方向为高能物理实验研究。
白云翔，中国科学院高能物理研究所副研究员。研究方向为粒子物理与原子核物理
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的稳定运行和持续的科学技术活动，实现重要科学技术目标的大型设施，是科学研究的重要工具。闪设施的“大型”特征源于拓展人类感知能力的自然需要，承载了复杂而又众多的创新要素，“重大”也体现在能否支撑新一轮科技创新。大科学工程是前沿科学与先进技术的结合，在世界科技强国崛起的过程中发挥重要的作用。上个世纪中前期，美国通过“曼哈顿计划”逐步建立起以洛斯阿拉莫斯国家实验室、橡树岭国家实验室为核心的核工业体系和高能物理研究中心，建造了一系列的核反应堆和大型加速器。依托大科学设施建立的国家实验室成为了美国产生重大科学发现，催生先进技术，造就和集聚高端人才的重要载体，支撑美国国家安全和经济社会可持续发展，维持世界头号科技强国的地位。何
一、我国设施整体实力显著增强，但与世界科技强国相比尚有差距
我国重大科技基础设施建设起步于上世纪80年代的北京正负电子对撞机（BEPC）o此后，我国陆续建成了一批大科学设施，包括兰州重离子加速器（HIRFL）、全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）、神光II高功率激光物理实验装置（SG-II）、郭守敬望远镜（LAMOST）、上海光源（SSRF）、散裂中子源（CSNS）、500米口径球面射电望远镜（FAST）等设施。截至目前为止，全国运行和在建的大科学设施超过50个。已经建成的这些科学设施瞄准国际学术前沿和国家战略高技术发展需求，相关工作达到或接近国际水平。但与世界科技第一梯队国家相比，我国的设施建设起步较晚，设施的技术水平总体上以跟踪追赶为主，不能支撑一流的科学研究需要，也无法吸引一流人才，产生重大原创性成果。我们在科学与技术上能达到国际领先水平的设施少，与队伍水平创新能力有关，也与投资规模相关，这些因素都限制了我们获得重大科学产出的机会，这些差距也需要我们有更加清醒的认识。以美国为例，在能源部旗下管理的17个国家实验室均有数量相当的大科学设施作为国家创新能力的强大支撑，再加上国防部、国家科学基金会、国家航空航天局等部门的重大设施，拥有设施的总量远远超过我国（见表1），这一庞大的体量造就了美国科技领先世界的硬实力。
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表1中美两国按领域划分的在运行设施分布对比
领域能源生命地球系统
与环境
材料
粒子物理
与核物理
atk
空间与
天文
工程技术总计
中国347533227
科目三智能考试系统
美国2212151111558数据来源：中国数据来源于中国科学院重大科技基础设施战略研究组，《国家
重大科技科技基础设施发展战略研究报告》，2019年6月编制；美国数据来自于美国能源部和国家科学基金会。国防部和其他部门的设施不在统计之列。
为满足国家经济社会和科技发展的需求，赶超世界先进水平，我们一方面要在设施总量上加大规模，另一方面也需要在单个设施的体量上和技术指标上加大规划建设力度，瞄准世界一流的工作，高水平、高起点、有重点地选择建造一批国际领先的大科学设施，尤其是对物质结构、能源、材料、生态环境和人类健康等领域的研究能够起到支撑并产生突破的设施，以点带面，逐步实现从“占有一席之地”、到重点突破、再到全面引领的战略目标，逐步缩短与世界科技强国的差距。
二、进一步重视大科学设施在国家创新体系中的独特作用
台湾921大地震大科学设施是为了满足现代“大科学”研究的需要而建造的科学设施，有特定的科学目标，是人类拓展认知能力、发现新规律、产生新技术的必要手段，设施的水平和能力被国际社会普遍认为是体现国家整体研究实力和创新能力的重要指标。作为重要的创新基础，大科学设施是国家创新体系的重要组成部分，能够为重大原始创新和重大科技成果产出、创新资源集聚、核心关键技术突破、高技术产业和战略性新兴产业发展提供创新的基础条件。冈
鉴于大科学设施对于现代科学发展所产生的深刻影响，我国在强化创新驱动战略的举措中，明确把重大科技基础设施列为主要创新基础能力，并提出了加快建设的要求，强化在创新体系中的作用。形成了以目标为牵引，问题为导向的发展规划原则，紧密围绕2050年建成世界科技强国的目标，把设施的科技创新支撑能力聚焦于破除发展瓶颈、增强国力和国际竞争力，以及带动科学技术水平全面提升的科学前沿上，特别是
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制约全面发展的短板和发展受制于人的科学技术前沿上。我们需要认清设施在我国创新驱动发展战略中的重要意义，在战略规划、经费分配方面给予足够的重视。
大科学设施是实施创新驱动发展战略的重要抓手，也是综合性国家科学中心建设的“硬指标”。依托科学设施形成功能完备、相互衔接的科技创新中心，冈可以整体提升创新全链条的支撑能力，加强各类创新主体间的合作，成为创新链和产业链的重要衔接，促进产学研用的紧密结合，加快创新驱动发展。目前，我国已经布局了四个国家级科技创新中心，包括北京、上海、合肥和粤港澳大湾区，切大科学设施是这些中心的创新地标。可以想见，这些重大科技基础设施必须在科学与技术水平上引领国际，才能对国家创新体系形成强有力的支撑，提升我国整体科技发展水平，冏这是一个城市乃至国家提升核心竞争力的必由之路。
三、我国科学设施对基础研究的支撑偏弱，要抓住基础研究命脉发展设施，增强原始创新能力
“基础研究是整个科技创新体系的源头，是所有技术问题的总机关”，在国家竞争力比拼的过程中，具有战略意义的基础研究和应用技术研究非常关键，尤其从近期爆发的中美贸易战来看，那些“卡脖子”问题都与基础研究薄弱，导致技术创新后劲不足有关，是我国创新驱动发展战略中的短板，要高度重视设施对国家创新体系的支撑作用，尤其是对基础研究的支撑作用。2016年7月28日，国务院发布
了《“十三五”国家科技创新规划》，指出并强调“以提升原始创新能力和支撑重大科技突破为目标，依托高等学校、科研院所布局建设一批重大科技基础设施，支持依托重大科技基础设施开展科学前沿问题研究。”这是增强我国自主创新能力，加强基础科学研究的重要举措。支撑基础科学研究是重大科技基础设施建设的重要目标。如何基于科学设施不断的产生创新成果，推动基础研究取得突破性的、原创性的进展，是一个重大课题。2018年1月31日出台的《关于全面加强基础科学研究的若干意见》中，特别强调了完善基础研究布局加强设施建设，“加强基础研究和应用基础研究，围绕科学前沿和国家需求加强重大科学问题超前部署；优化国家科技计划基础
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研究支持体系；优化基础研究区域布局；推进国家重大科技基础设施建设。”目前，我国己投入运行的设施共27个，用于国际重大科学前沿问题研究的专用研究设施仅7个，而美国的58个设施中，有将近一半是瞄准能源、粒子物理、空间天文、地球物理等基础研究领域的重大命题而建造的专用研究设施。相比服务于“小科学”的公共实验平台设施和公益基础设施，专用研究设施对于相应领域的特定科学问题取得重大突破有强大支撑能力，而这些特定的科学难题是攀登科学高峰必须攻克的堡垒。
我国在设施遴选规划过程中，需要特别重视专用研究设施在基础研究发展中的重要作用。针对创新环节中基础研究和应用基础研究创新能力明显偏弱的特点，需要发挥专用研究设施在基础研究取得重大
科学突破过程中独一无二的作用，增强自主创新能力。为保证设施建设规划的战略前瞻性，发挥设施在基础研究中不可替代的优势，需要进一步加强国家层面的设施长远规划和建设的战略布局，加大基础科学研究在设施建设规划指导意见中的比重。加大力度提升设施在科学运行期间对基础研究的开放共享，优先保证基础研究用户的需求，设施运行管理部门可以将面向基础科学研究用户开放的机时作为设施运行绩效管理的后评估指标；科技主管部门和基金管理部门在制定项目指南过程中，考虑设立依托科学设施开展前沿科学研究的专项资金申请通道，加大支持力度。
当前，基础前沿科学研究正在发生或酝酿重大突破。这些可能的重大科学突破不仅将给相关领域带来深刻的革命，还可能产生革命性的科学技术创新，转化成为改变生活方式的巨大生产力。高能物理和宇宙学是人类向极小和极大认知边界不断拓展的重要学科，面临着超出标准模型物理、暗物质和暗能量的重大挑战，其突破也需要重大技术革命，是我国科技发展、特别是大科学基础设施发展前所未有的机遇，这些机遇也是未来我们实现引领的突破口。m东南劲爆音乐榜
四、以探索物质深层次结构为目标的设施仍然是“基础中的基础，前沿中的前沿”，我国具备实现引领的优势
科技发展进入20世纪后取得了巨大的进步，尤其是探索物质深层次
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