中國科學院院士趙紅衛
我國重大科技基礎設施從過去跟跑到現在總體水平處於國際先進行列，成績明顯
依託蘭州重離子加速器大科學裝置，近代物理所在世界上首次合成了30多種新核素，首次精確測量了26種短壽命原子核的質量
重大科技基礎設施已成了培養和吸納優秀科技人才的“蓄水池”
文 |《瞭望》新聞周刊記者 張文靜 孫英蘭
由中國科學院近代物理研究所（下稱近代物理所）自主研製的國內第一台重離子治療腫瘤專用裝置，自2018年在甘肅省武威市安裝運行以來，目前已有2萬餘名腫瘤患者進行了諮詢，有570多名患者完成了重離子治療，療效顯著，耐受性良好。
在科技高速發展的今天，類似重離子加速器的重大科技基礎設施已成為世界科技強國必爭的戰略高地。我國依託重大科技基礎設施推動了基礎研究和應用研究的進步，成為解決重大戰略科技問題的主平台。如正負電子對撞機、上海光源、全超導托卡馬克核聚變實驗裝置、散裂中子源、“中國天眼”射電望遠鏡等已產出了多項重大成果，破解了多個“卡脖子”的科技難題，在我國建設科技強國的征途中扮演着重要角色。
在接受《瞭望》新聞周刊專訪時，中國科學院院士，近代物理所黨委書記、副所長，蘭州重離子加速器國家實驗室副主任趙紅衛表示，科學技術的初心是造福人類。60多年來，近代物理所始終依託重大科技基礎設施不斷探索未知世界、發現自然規律、引領科技變革、造福人類健康。
“重視‘國之重器’的引擎作用，持續推動、提升重大科技基礎設施這一科技利器在科技創新上的重要作用，讓科技創新更好地造福人類是近代物理所不斷努力的方向。”趙紅衛告訴《瞭望》新聞周刊記者。
“國之重器”引領科技變革
《瞭望》：為什麼要建設重大科技基礎設施？
趙紅衛：重大科技基礎設施在探索自然規律和物質基本結構、催生技術變革、發現新知識、發明新技術方面具有不可替代的作用，是提供極限研究手段的大型、複雜的科學研究系統。它可以讓前沿的科學理論轉化為現實的科技成果，解決事關國家安全和社會發展全局的重大問題。因此，也是世界科技強國必爭的戰略高地。幾乎所有的世界強國如美國、德國、日本都已布局建成了一大批重大科技基礎設施，至今還在不斷建設，涉及從物質結構、能源、信息、材料、天文與航天、地球與環境到海洋、生命與健康、農業和國家安全等多個領域。
建設和運行大型科學裝置，根本目的在於發現自然規律、產生新知識，這些新知識看起來似乎暫時沒什麼用，但在未來都會被使用，而且會產出一大批新技術等“副產品”。歷史已經證明，很多大型加速器衍生的成果和國家各行各業的核心技術密切聯繫在一起。重大科技基礎設施還可以幫助我們解決經濟社會發展中遇到的許多具體難題。比如地球系統數值模擬裝置，不僅能對天氣形勢做出精準預測，還可以為我們處理節能減排這一重大全球問題提供數據支撐。
《瞭望》：我國重大科技基礎設施呈現哪些特點？
趙紅衛：我國重大科技基礎設施建設從中科院起步。“九五”至“十二五”時期重點布局，這一時期也是我國重大科技基礎設施建設的“井噴期”。截至目前，我國已有約40個重大科技基礎設施投入運行。
重大科技基礎設施的提出、建設、運行和維護需要龐大的團隊給予保障，而且涉及的專業方向非常廣泛。以蘭州重離子加速器國家實驗室為例，這是以重離子物理和相關技術應用為主的實驗室，涉及領域包括核物理、原子物理、材料科學、生命科學、先進核能、離子加速器、自動控制、微電子、探測器、磁鐵、真空、電源、機械、射頻與微波、液氦低溫等，綜合性非常強，運行效率也高。蘭州重離子加速器除每年7月底至8月停機維護以外，每天24小時、每年11個月運行約7500小時。總體來看，我國重大科技基礎設施大部分運行時間為每年5000小時至7000小時，效率比較高。
我國重大科技基礎設施從過去跟跑到現在總體水平處於國際先進行列，成績明顯。比如蘭州重離子加速器國家實驗室，其在短壽命原子核質量精確測量、強流高電荷態離子束產生和強流質子超導直線加速器等方面在國際上處於領先水平。應國家需求，我們實驗室還承擔了大量單粒子效應抗輻照器件加固方面的檢測實驗。國內重要的航天器件“上天”之前，均要在該實驗室完成地面上的檢測。
“國之重器”回報社會
《瞭望》：重大科技基礎設施是如何推動科技創新的？
趙紅衛：我國已取得的科技成就多數與重大科技基礎設施有關，世界範圍內亦是如此。我國重大科技基礎設施在突破科學前沿與學科發展、突破和培育關鍵核心技術、催生高新技術、開拓新興交叉領域、解決國家經濟社會可持續發展等方面取得了一大批成果，成就顯著。世界範圍內來說，40%左右的諾貝爾獎獲得者依託重大科技基礎設施獲得成果。因此，重大科技基礎設施在科技創新方面發揮了非常重要的作用。
例如，在前沿基礎研究方面，依託蘭州重離子加速器大科學裝置，近代物理所在世界上首次合成了30多種新核素，首次精確測量了26種短壽命原子核的質量；在國家重大需求方面，基於離子加速器大科學裝置和核物理研究，提出了解決核燃料長期可持續供給、實現鈾資源充分利用和乏燃料安全無害處置的加速器驅動的先進核裂變能源系統；在人民健康方面，依託這一大科學裝置，經過20多年持續努力，我們發展了先進的、具有自主知識產權的重離子治療腫瘤技術，研發了治療實體腫瘤的專用重離子加速器裝置，已得到產業化推廣。
重大科技基礎設施還是聚集高端人才、培養人才、展示大國形象、推動國際合作交流、開展科學和核心技術交流極其重要的平台。比如，近代物理所曾與美國、歐洲等的50多個研究機構和大學建立了密切的合作關係，產出了非常重要的科技成果，培養了一批為我所用的科研人才。蘭州重離子冷卻儲存環工程在建設期間，充分發揮了國際合作的作用，多名外國專家參與建設。這些難得的經歷培養和造就了一批具有國際水平和視野的高端科技人才、青年科技人才和高水平創新團隊。可以說，重大科技基礎設施已成了培養和吸納優秀科技人才的“蓄水池”。
近代物理所是一個依託重大科技基礎設施，開展重離子科學與技術、加速器驅動的先進核能系統研究的基地型研究所。60多年來，研究所在原子核物理、原子物理、放射生物學、重離子驅動的高能量密度物理、材料輻照與技術、加速器驅動的先進核能裂變能源、基於離子束的核技術相關應用和粒子加速器大科學裝置等研究方面，引領着我國重離子科學與技術、加速器驅動核能技術的發展，取得了以新核素合成、原子核質量精確測量為代表的一批重大基礎研究成果；在超導離子源、連續波強流質子超導直線加速器等方面獲得了一系列關鍵技術突破；轉化了重離子治癌、輻照誘變育種等多項重離子輻照技術，實現了大型醫療設備重離子腫瘤治療專用裝置的國產化。截至2022年7月，作為第一單位和參與單位，近代物理所共有186項成果獲得省、部級以上獎勵，其中國家級獎勵20項。
《瞭望》：重大科技基礎設施在造福人類方面有哪些代表案例？
趙紅衛：這類案例很多。比如1975年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室利用其已有的科研加速器裝置率先開展重離子治療腫瘤研究。20世紀90年代，德國和日本相繼開展重離子治療腫瘤技術和臨床研究，並逐步推廣應用。目前，重離子治療已成為全球放療領域的前沿和熱點。國際上共有10餘台醫用重離子加速器在運營，主要分布在亞洲和歐洲。全球已累計治療腫瘤患者約3萬人。
近代物理所從1993年開始重離子治癌技術基礎研究，已經實現了離子束輻照細胞、動物實驗、核心技術攻關、病例臨床前期試驗、治療專用裝置的集成、示範及產業化推廣。2018年，近代物理所自主研發並投入生產、安裝了國內第一台重離子治療腫瘤專用裝置，使我國成為繼日本、德國、美國之後全球第四個實現重離子治療腫瘤的國家。
2019年10月，由近代物理所及其參股公司蘭州科近泰基新技術有限責任公司研製的我國首台自主知識產權碳離子治療系統獲准上市。這台由國家藥品監督管理局批准註冊的國產碳離子治療系統，突破了國外產品的專利壁壘，提高了性價比、降低了運行維護成本，實現了國產重離子治療設備零的突破，使我國高端醫療器械裝備國產化邁出了新的步伐。
同時，該系統的產業化和臨床應用還將帶動集癌症精準治療、高端裝備製造和運行維護服務為一體的離子醫療產業，推動上下游企業技術水平提升，實現低端製造向中高端製造轉型，使“國之重器”造福社會。可以說，重大科技基礎設施在基礎研究、產業化應用等方面，有力地服務了社會，並推動了經濟社會發展。
超導質子直線加速器裝置 近代物理所供圖
打造全球創新高地仍需努力
《瞭望》：如何更好地推動重大科技基礎設施建設？
趙紅衛：可以吸引企業參與國家重大科技基礎設施建設。比如，有發達國家企業與國家實驗室合作，大型設備的所有權由實驗室掌握，企業有使用權。我國也可以借鑒此類做法，吸引民營企業參與。相關部門可以設置一部分基金用於支持企業圍繞重大科技基礎設施建設採購專門的儀器設備，參與設施建造。
同時，國家亦可鼓勵地方政府投入重大科技基礎設施的建設。在立項建設重大科技基礎設施時，充分論證，目標清晰，從國家需求出發。充分考慮團隊基礎和經驗，強調先進性和必要性。
《瞭望》：打造全球創新高地，我們面臨哪些新挑戰？
趙紅衛：世界科技強國競爭，比拼的是國家戰略科技力量。打造科技強國和全球創新高地，是我們一直努力的方向和目標。在關乎國家戰略需求、基礎科學研究和技術創新的重大科技基礎設施建設方面，我們必須要以“十年磨一劍”的韌性，堅持發展。
目前，我國重大科技基礎設施有部分技術指標處於國際領先，部分分系統、某個方向或設備性能等領先的較多，全面領先、領跑的相對較少。比如在核能可持續發展和醫用同位素量產方面仍需要持續推動。核廢料嬗變、鈾資源利用率的提高是先進核裂變能源可持續發展的重要研究方向，這兩個問題目前也是世界難題，需要建設重大科技基礎設施開展探索研究；在用於腫瘤診療的醫用同位素量產技術方面，離子加速器裝置也可發揮關鍵作用，規避“卡脖子”風險，我國可統籌謀劃布局。■
