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大科学装置带动源头创新 书写城市发展新传奇

发布时间:2022-09-15  来源:雷火电竞app官网  作者:雷火竞技


  中国散裂中子源落户东莞后,一流创新资源加速汇聚。南方日报记者 孙俊杰 摄

  山不在高,有仙则名。对于东莞腹地长满荔枝林的巍峨山来说,从未像今天这样受人瞩目。巍峨山不高更不广,然而环绕巍峨山两侧,东莞松山湖科学城与深圳光明科学城环抱相连,多个世界级的大科学装置与科研平台相继布局,国际一流创新人才与团队纷至沓来。依托大科学装置群,国内第四个综合性国家科学中心蔚然成型。

  不久的将来,东莞松山湖科学城与深圳光明科学城的快速通道将沿山而过,两大科学城的物理空间间隔将彻底打通,莞深两地融合发展将迎来重大机遇,各类创新要素将高效流动起来,助力两地联手打造粤港澳大湾区的科技创新高地及高端研发的策源地,推动大湾区科技创新成果实现产业化。

  与改革开放前30年依靠世界工厂创造的东莞经济奇迹不同,以巍峨山为支点,以松山湖科学城为源头创新核心,东莞有望快速实现从应用创新向源头创新的转变,书写着城市创新发展新传奇。

  高性能钢材一直以来都是汽车、机械和航空及国防等工业发展的基础与依靠。过去几年间,香港大学黄明欣教授和他的团队围绕这一材料开展了大量研究。为了更深入了解钢材的更多性能参数,研究需要借助一种重要大科学装置——散裂中子源。

  此前,全世界仅有欧洲、美国、日本等地才有这种装置。黄明欣团队此前只能向日本散裂中子源申请机时,设计好实验步骤,然后把材料寄到日本,存在诸多不便。

  近两年,随着位于东莞的中国散裂中子源建成并投入运行,他只需要不到两小时的车程,就能方便地开展实验。借助中国散裂中子源,他的研究取得一系列重要进展。不久前,该团队开创性提出一种新的作用机制,获得强度、韧性、延展性俱佳的低成本新型钢材,并且相关研究成果在国际顶级期刊《科学》发表。

  如今,在中国散裂中子源这一大科学装置的助力下,越来越多的一流创新团队和前沿课题汇聚在东莞,带来了一项项原始创新成果的突破。据统计,中国散裂中子源目前已完成200多项用户课题,其中来自粤港澳大湾区的约占三分之一,来自中国香港、中国澳门的用户约占比10%。

  中科院高能所东莞分部副主任梁天骄介绍,中国散裂中子源的用户课题研究重点布局基础研究前沿领域、国家重大需求和国民经济主战场的重要问题。如今通过这一“超级显微镜”已取得多项重要创新成果,包括新型锂离子电池材料结构、斯格明子的拓扑磁性、自旋霍尔磁性薄膜以及太阳能电池、芯片中子单粒子效应等,同时也开展航空材料、可燃冰、页岩气和催化剂等的前期研究。目前已有30多篇用户实验成果论文发表,大部分刊发于领域内的国际顶尖期刊。

  实际上,大科学装置所带来的原始创新能力向产业传导的速度,也比想象中更快。硼中子俘获治疗是一种新型癌症治疗方法,利用含硼药物与癌细胞具有很强亲和力的特性,通过中子源装置产生中子进行照射,中子与硼发生作用后,可以实现对癌细胞的精准清除。东莞著名药企东阳光集团瞄准中科院高能所在设备研发上的领先优势,与后者开展密切合作,有望开发出肿瘤治疗的新手段。

  借助中子的神奇特性,更多的高新技术企业纷纷得以对一系列关键技术问题进行攻关研究,形成自身技术优势,提升市场竞争力。

  “我们不会带来GDP,我们只是一个世界先进水平的装置。”中科院院士、中国散裂中子源工程总指挥陈和生坦言,中国散裂中子源在材料科学和技术、生命科学等诸多领域具有广泛应用前景,将对我国探索前沿科学问题、攻克产业关键核心技术、解决“卡脖子”问题具有重要意义。装置会吸引很多先进的研发机构、高技术人才到来,这是其最主要的意义。

  散裂中子源落户东莞后,港澳地区的许多大学抓住机会,开始吸引中子散射研究和应用人才建设相关学科。香港城市大学与散裂中子源和东莞理工学院合作,建设多物理谱仪;中国科学院和香港裘槎基金支持散裂中子源和香港城市大学建立中子散射联合实验室,加速推动新增谱仪和其他中子散射交叉学科应用型装置的建设。众多的一流创新资源开始加速向东莞汇聚。

  散裂中子源与东莞“牵手”的故事,至今听来都充满了偶然。10余年前,中科院的专家通过卫星地图为拟建的中国散裂中子源选址时,没人想到会落在东莞腹地的深山里。彼时的东莞,“世界工厂”之名下,工业产品行销全球,“原始创新”对这座城市仍是有些陌生的词汇。

  十几年后的今天,默默建设的中国散裂中子源终于迎来收获季,“大国重器”显现出对创新的强大支撑力。东莞作为国际制造业名城,走上了一条转型创新的新路。在一个特殊的节点,大科学装置成为改变东莞发展路径的重要支点。

  近年来,大科学装置在提升城市创新能级方面的关键性、基础性作用,逐渐被社会所重新认知。除了北京、上海、合肥等传统的综合性国家科学中心城市,西安、武汉等众多城市都纷纷提出建设大科学装置的构想。

  正如陈和生院士所说,散裂中子源的建成恰逢“大科学装置的盛世”。对于东莞来说,散裂中子源是原始创新的起点,更是大科学装置扎堆东莞的前奏。

  中子源路尽头,紧邻中国散裂中子源园区,数十台工程机械忙碌施工,巨大的建筑轮廓正逐渐成形,南方光源研究测试平台项目正在这里加紧建设。未来这一平台将为南方先进光源的前期预研和工程建设提供关键支撑。

  拟建的南方先进光源是一台衍射极限第四代同步辐射光源,与散裂中子源一样同为观测物质微观结构的大科学装置。二者相辅相成,可以为科学前沿研究提供最先进的研究手段。

  中科院高能所东莞分部副主任王生表示:“很多用户进行的研究项目需要同时用到两种研究手段,这也是为什么国外散裂中子源旁边往往会建设一台光源。”

  香港大学教授郝权就对南方先进光源的建设十分期待。作为生物医药研究领域的学者,郝权及其研究团队经常需要借助同步辐射光源开展相关研究,然而由于实验样本具有特殊性,不便于长时间保存及航空运输,从香港前往上海开展实验面临诸多困难。

  “上海光源用户众多,机时紧张,往往申请10次只能通过两三次,每次申请到机时也只有计划中的两三成。”郝权表示,期待未来南方光源建成后能够就近开展研究,减少团队耗费的精力及时间成本,未来考虑将更多研究在周边展开。

  “两个装置建在一起,可以极大方便用户。好比去医院,既能在一个科室做CT,也能直接到隔壁做核磁共振,不必到很远的地方重新检查。”中科院高能所副所长、东莞分部主任陈延伟说,“大科学装置放到东莞,作用已经逐步体现出来。以大装置为核心,松山湖正在建松山湖科学城,纵观国内外的科学中心,也都是以大科学装置作为牵头和引领,东莞现在也具备了这样的条件。”

  散裂中子源依山而建,背后的小山丘无论从海拔还是体量上看并不起眼,然而却有一个响亮的名字——巍峨山。山脚下,过去是连绵的荔枝林,所产荔枝风味独特、口感绝佳,因此这里被称为“荔枝之乡”。

  一条中子源路因散裂中子源而得名,沿山脚延伸,松山湖材料实验室一期、中国散裂中子源、南方先进光源……山林之间,松山湖科学城的雏形渐渐显现。

  依托中国散裂中子源,东莞提出打造“中子科学城”,随后进一步升级为“松山湖科学城”这一涵义更广的提法。7月30日上午,松山湖科学城总体规划纲要(征求意见稿)咨询会举行,透露出科学城建设的最新构想。

  根据征求意见稿,松山湖科学城总面积约90平方公里,将按照全球视野、国际标准,高水平高标准谋划建设,瞄准世界一流,以世界级重大科技基础设施集群为核心,以应用基础研究、材料科学与信息科学交叉研究为主攻方向。

  立足全球、全国、湾区和东莞等层面,提出建设“基于材料创新的全球高新制造科技前沿阵地、粤港澳大湾区综合性国家科学中心先行示范区、粤港澳大湾区国际科技创新中心协同创新枢纽、东莞市建设大湾区先进制造业中心的核心引擎”的战略定位。

  征求意见稿还提出,以产业创新为导向,瞄准信息、新材料、装备制造、生物医药、新能源等战略新兴产业的核心技术,通过产学研的密切配合,打通基础研究到产业化的通道,推动科学中心、创新中心和经济中心的融合发展。

  与松山湖科学城隔巍峨山相望,深圳光明科学城建设也已经高调启动。今年4月,深圳发布《深圳市政府关于支持光明科学城打造世界一流科学城的若干意见》,从十大方面提出31条措施,全面支持光明打造世界一流科学城。

  光明科学城规划面积99平方公里,与香港、东莞形成半小时创新活动圈。根据《意见》,光明科学城的规划建设目标分三步走,其中第一步就是“到2025年,初步形成世界级科学城的核心功能,重大科技基础设施集群初具雏形,国际一流大学和一流科研机构加快建设,成长出一批具有国际竞争力的创新型企业”。首期已有6个重大科技基础设施确定落户光明科学城,分别是脑模拟与脑解析设施、合成生物研究设施、材料基因组大科学装置平台、空间引力波探测地面模拟装置、空间环境与物质作用研究设施、精准医学影像大设施。

  在此态势之下,环巍峨山两侧,一个大科学装置集群正呼之欲出。两地地理相近、目标相通,携手合作成为自然而然的选择。

  深圳市发改委相关负责人表示,从国内外建设知名科学城的建设经验来看,很关键很重要的一点就是科技创新要素资源要在一定区域内形成集中度、显示度。东莞方面提出,充分发挥两大科学城地理相邻所带来的集聚效应,以巍峨山为核心,推进松山湖与光明科学城的同城化发展,在生态、交通、科学基础设施、产业等方面促进两地对接合作。

  今年3月,松山湖科学城至光明科学城通道(东莞段)首期工程正式动工,两地之间相互连通的物理通道将被真正打通,未来两地间的要素流动将更加快捷。可以预见,海拔并不突出的巍峨山,即将崛起为莞深之间的创新高地。

  实际上,莞深联手之下,环巍峨山创新带远不是终点,更大的蓝图早已瞄准“综合性国家科学中心”这一国家创新体系金字塔的塔尖。

  综合性国家科学中心被称为科研皇冠上的明珠,代表着国家参与全球科技竞争与合作的核心力量。东莞松山湖科学城将携手深圳光明科学城,共建综合性国家科学中心先行启动区。

  当前,松山湖科学城范围内已建成中国散裂中子源,4所高校和30多家新型研发机构,正在建设松山湖材料实验室、南方光源研究测试平台、香港城市大学(东莞)等大装置大平台,吸引了以华为为代表的一批科技龙头企业,还有大批的工程师、技术工人等科技型、应用型人才,各类人才总量近10万人,可以说已经充分具备参与综合性国家科学中心的实力。

  与此同时,作为国内继北京、上海、合肥之后的第四个综合性国家科学中心,粤港澳大湾区如何走出具有特色的综合性国家科学中心建设之路,值得关注。

  “原有的综合性国家科学中心有三个,无论是北京的怀柔科学中心,还是上海张江、安徽合肥,它们的重点都是围绕国家重大战略需求,开展一系列基础科学研究,在这个层面,它们的任务和定位接近。”东莞市委常委、松山湖党工委书记刘炜认为,相对上述三地,大湾区的综合性国家科学中心更偏重于以产业创新为主,带动产业创新。这一观点与众多专家的意见相似。

  “我们期待将国家大科学工程的强大科技辐射力与珠三角强劲的经济实力结合起来,为粤港澳大湾区科技发展和产业升级作出重大贡献。”陈和生院士说。事实上,散裂中子源已经惠及大湾区内众多创新型企业,取得一系列原始创新突破,也与产业发展紧密结合。

  另一方面,从南方先进光源的建设过程可以体现对这一目标的考量。与中国散裂中子源工程的建设不同,国内对于同步辐射光源建设运行已经累积了不少经验。围绕建设南方先进光源,散裂中子源科学中心组织了多次用户研讨会,希望根据用户的需求确定装置的指标。

  “南方先进光源将把服务粤港澳大湾区的产业发展作为重要的定位之一。在服务于基础和应用基础研究的同时,将更加注重和大湾区的先进产业的结合,在这方面潜力巨大,未来有望为大湾区的产业创新和升级作出重要贡献。”中科院高能所东莞分部副主任王生表示。

  在此前召开的莞深协同共建综合性国家科学中心重点问题研讨会上,深圳市蕾奥规划董事长王富海提出,由于所处的发展阶段不同,与国外科学城相比,中国科学城的模式除了重视基础科学研究、成果转化,往往会重视科学城对区域经济产业发展的影响。其圈层布局一般按照“大科学装置—研究型大学科研院所—企业研发中心—制造企业”四个圈层由内向外不断扩散。他认为,基于这一现实,应该争取更多创新要素在这里聚集和融合发展,“要做好综合性国家科学中心,很重要的任务是让核心创新资源得到有效整合和提升”。

  近日,共青团中央、人力资源社会保障部联合命名表彰了第20届全国青年岗位能手,中国科学院高能物理研究所东莞分部加速器技术部束流测量组副研究员孙纪磊被授予“全国青年岗位能手”称号。

  “周围是一片荔枝林,这边正在施工、建楼、修隧道,另外一边就开始了束流调试工作。”2015年,孙纪磊从瑞士结束博士后研究,来到松山湖正在建设中的中国散裂中子源。他回忆道,当时条件艰苦,周围是一片荔枝林,研究所需的各项设备、仪器还没到位,除了研究工作,他和同事还需到全国各地出差,跟进各类设备的加工进度。

  孙纪磊是中国散裂中子源项目青年科研骨干之一,从事强流质子加速器束流测量研究工作,作为束流测量系统负责人,多年来一直深耕在此前沿技术领域,先后完成了壁电流、束流发射度、束流剖面等探测器的研发工作。

  2020年2月28日,散裂中子源打靶功率达到100kW的设计指标,比原定计划的三年提前一半时间完成了任务,这背后离不开科研人员的努力付出。

  在集中调束阶段,作为束流测量系统负责人,孙纪磊有时凌晨三四点接到同事的电话,与他讨论设备出现的故障问题。在2020年2月份加速器束流调试冲击100kW的关键阶段,通过近一个月的不懈努力,束流测量组终于在2月28日完成了任务。

  目前,我国拥有世界第四台脉冲式散裂中子源,是发展中国家中的首台,但与美国、英国、日本的散裂中子源相比起步最晚。在束流测量方面,目前已完成重要的测量手段研发,但在更直观、更精确的新型探测器研发方面,中国还需奋起直追,这也是孙纪磊和同事目前最重要的任务。

  中国散裂中子源在2018年通过国家验收后,孙纪磊带领团队设计完成的非拦截式束流剖面探测器,是国内首套基于电信号采集的非拦截式束流剖面探测器。这也是核心设备国产化的成功探索,将为中国散裂中子源的功率提升提供有力的测量手段和技术支撑,为我国材料科学技术、化学化工、资源环境和新能源等提供先进的科研平台。此型探测器有望推广应用到国内更多的强流质子加速器上,提升我国在该技术领域的国际话语权。

  目前,随着南方光源研究测试平台项目的推进,光源的相关研究工作日趋紧迫,孙纪磊继续在新的科研领域开拓进取,开始了南方先进光源预研的技术攻关工作。

  孙纪磊说自己的工作专业面比较窄,就是在对“一束光”(质子束流)进行不断的探索和研究。但这束“光”对孙纪磊来说是充满了魅力,“我可以做各种各样的探测器,测量这束光的位置是一种类型的探测器,测量光强是另一种探测器,不同的探测器有不同测量方法,在这个领域的工作永远都做不完,永远都有新的探测手段,在等着你去开发”。

  ◎松山湖科学城总规划面积90.52平方公里,目前已建成中国散裂中子源(世界第四台、中国首台脉冲散裂中子源),3所高校以及30多家与北大清华等国内著名高校联合共建的研发机构。拥有华为、华贝电子、生益科技等一批科技型行业龙头企业,产值超千亿元企业1家、产值超百亿元企业3家、产值超50亿元企业4家,吸引300多家高企和近3万名优秀科研人员创新创业。

  ◎松山湖科学城构建“基础研究—应用研究—成果转化及产业化”完整创新链,将形成“一轴、一区、两心、三组团”的空间布局。

  ◎据统计,中国散裂中子源目前已完成200多项用户课题,其中来自粤港澳大湾区的约占三分之一。目前已有30多篇用户实验成果论文发表,大部分刊发于领域内的国际顶尖期刊。

  ◎南方光源研究测试平台项目用地约188亩,工程于2019年9月动工,预计2021年9月建成。

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