大器“灣”成 創新有新擎

2019年06月17日09:09  來源:廣州日報
 
原標題:大器“灣”成 創新有新擎

  中國散裂中子源園區。廣州日報全媒體記者盧政攝

  位於廣州大學城中山大學內的超算中心“天河二號”。廣州日報全媒體記者楊耀燁攝

  大科學裝置將落戶光明科學城。廣州日報全媒體記者王納攝

  劉陳立,中科院深圳先進院合成生物學研究所所長、深圳市合成生物創新研究院院長

  蘇萌,香港大學太空研究實驗室執行主任,美國天文學會Bruno Rossi Prize獎項獲得者

  作為“國之重器”,大科學裝置的重要性不言而喻。在整合科技力量與資源,開展協同創新,產生科技人才集聚效應,促進重大科技成果產出等方面,大科學裝置都具有非凡的意義。

  目前,國家已經在上海、合肥、北京建設了一批大科學裝置,三地也因此獲批綜合性國家科學中心。今年初,中科院、廣東省宣布將共同爭取建設珠三角綜合性國家科學中心,進一步打造粵港澳大灣區國際科技創新中心。

  《粵港澳大灣區發展規劃綱要》提出,把粵港澳大灣區打造成“具有全球影響力的國際科技創新中心”,“建成全球科技創新高地和新興產業重要策源地”。科技創新驅動發展戰略背后,更需要“國之重器”的支撐。

  如今,從廣州到深圳,從東莞到江門、惠州,大灣區內眾多大科學裝置相繼落子,有的已經建成投入使用,大科學裝置正加速集群,成為大灣區發展的發動機,提供著源源不斷的澎湃動力。

  廣州:

  助大科學裝置互聯互通

  6月5日,國家超級計算廣州中心發布消息,中山大學光電材料與技術國家重點實驗室、物理學院王雪華教授團隊,借助國際合作,以“天河二號”強大的計算能力為支撐,發展和掌握了三大核心微納制備技術,在國際上率先制備出綜合性能俱佳的“三高”量子糾纏光子對源。

  國家超級計算廣州中心是國家在“十二五”期間部署的重大科技創新平台,是面向學術前沿、面向國家重大戰略需求、面向區域經濟社會發展的需要,開展重大科學研究、服務國家和區域經濟社會發展的重要支撐平台。

  國家超級計算廣州中心業務主機——“天河二號”超級計算機系統是國家“十二五”863計劃重大項目的標志性成果。“天河二號”一期系統峰值計算速度每秒5.49億億次、持續計算速度每秒3.39億億次、能效比每瓦特秒19億次雙精度浮點運算。“天河二號”峰值計算速度、持續計算速度以及綜合技術水平處於國際領先地位,是我國超級計算技術發展取得的重大進展。

  超算中心坐落在廣州大學城中山大學東校區,總建筑面積42332平方米(地上5層,約32332平方米),其中機房及附屬用房面積約17500平方米,包括主機房、存儲機房、高低壓配電房、冷卻設備用房及附屬用房等功能用房。

  今年年初,國家超算廣州中心主任盧宇彤介紹,超算廣州中心是國際上服務用戶最廣、利用率最高的超算中心之一﹔該中心服務用戶已達3300多家,2018年服務用戶數量增長超過25%,平均利用率達72%。

  該中心還在粵港澳大灣區設立了7個分中心,通過分中心的建設,“天河二號”的算力已實現大灣區城市全覆蓋。而更重要的是,超算廣州中心可以幫助廣東的大科學裝置實現互聯互通、資源共享。

  “未來我中心將一如既往地支持各領域專家的研究,同時‘天河二號’將圍繞世界重大科技需求,持續開展更多高性能計算應用服務,並繼續加強面向領域的應用軟件平台建設,不斷為用戶創造更方便易用的超算軟件環境,為更多國內外用戶的科研工作提供更多更優質的服務!”國家超算廣州中心主任盧宇彤表示。

  深圳:大科學裝置加速集群

  《粵港澳大灣區發展規劃綱要》將香港、澳門、廣州、深圳四大中心城市定位為粵港澳大灣區區域發展的核心引擎,並提出建設國際科技創新中心。這必須依托大科學基礎設施群,集聚全球高端創新資源,營造大科學生態。

  今年3月29日,深圳鵬城實驗室(深圳網絡空間科學與技術廣東省實驗室)宣布,實驗室與國家超級計算深圳中心開展合作,初步建成“雲腦”“靶場”“雲網”三個大科學裝置。

  其中,“雲腦”的作用是面向全國提供分布式人工智能基礎設施,未來的計算能力預計可以達到1E ops,存儲容量預計達到200PB﹔“雲網”具有160Tbps物理交換能力,還有40PB存儲能力的網絡數據倉庫。

  深圳更大的期盼則是在光明科學城和西麗湖國際科教城。光明科學城擬規劃建設5個大科學裝置,到2020年,將形成科學城建設基本框架體系﹔到2025年,將形成世界級科學城的核心功能﹔到2035年,將基本建成高度國際化的綜合性國家科學中心核心承載區。西麗湖國際科教城也是深圳創建綜合性國家科學中心的重要支撐,是深圳市推動粵港澳大灣區建設的重大戰略平台之一。

  在深圳的光明科學城,深圳先進院作為發起單位之一,正牽頭建設深圳“合成生物研究重大科技基礎設施”(簡稱“合成生物大設施”)。這個項目設備總投資近十億元,是合成生物領域全球首個啟動籌建的大型基礎設施。未來“大設施”將發展成為具有國際水准和引領作用的生命科學研發平台,有機融合BT與IT、科技與產業、科研與教育。

  如果說合成生物學研究是像組裝機器一樣組配生物,那麼合成生物設施便是將這個組配過程由勞動密集型的人工作業,轉變為大規模自動化的機器生產。合成生物設施為合成生物學在學術研究和轉化應用上提供了工程化平台。

  同樣,深圳先進院聯合深港優勢腦科學團隊建設的腦設施已經破土動工。腦設施與深港腦院將聯合粵港澳大灣區神經科學優勢研究力量,在腦認知基礎、腦疾病的早期診斷和干預、類人智能技術、腦科學研究新技術等幾個前沿領域形成創新合力,發展成為國際腦科學和腦技術領域創新合作的載體、面向腦疾病臨床新技術創新開發的基地和新藥研發的產業孵化平台,以期為粵港澳大灣區腦科學研究提供大規模、全方位、高水平、高質量且與國際一流團隊接軌的創新平台。

  東莞:莞深攜手下好“先手棋”

  作為“世界工廠”的東莞,正從“東莞制造”向“東莞智造”轉型,打造“先進制造業中心”。這其中,中國散裂中子源是東莞的驕傲。自2018年9月正式對用戶開放,開始首輪運行以來,中國散裂中子源已取得超預期的成績。

  5月19日上午,位於東莞市大朗鎮的中國散裂中子源園區開展了第二次公眾科學日活動。散裂中子源地下隧道及相關工作區域面向社會開放,6000多名大朋友、小朋友都展示出了超高的熱情,與這座被譽為“國之重器”的大科學裝置近距離接觸。

  散裂中子源是研究中子特性、探測物質微觀結構和運動的科研裝置,可帶動材料科學技術、化學化工、物理、能源環境、生命科學等學科發展。該項目建設內容包括一台8千萬電子伏特的負氫離子直線加速器、一台16億電子伏特的快循環同步加速器、一個靶站,以及一期三台供科學實驗用的中子散射譜儀。該裝置是探測物質微觀結構的重要工具,被譽為“超級顯微鏡”。

  散列中子源的巨大作用正在發揮,6月8日,散裂中子源開始接受新一輪用戶課題申請。與此同時,以散裂中子源為依托,東莞在鬆山湖片區規劃建設的中子科學城頂層規劃已基本成形,南方光源測試平台項目建設有序推進,預計2019年年內動工建設﹔鬆山湖材料實驗室一期392畝設計方案已基本確定。

  中子科學城的遠景目標是以建設國家級大科學裝置集群為基本依托,以構建重點實驗室、共性技術中心、產品創新中心等研究實體和吸引各類高端科技創新人才為核心,打造成為世界級重大科技基礎設施集群核心、國家級科技創新策源地,成為廣深港澳科技創新走廊的聯合創新、開放創新、集成創新中心。

  值得一提的是,東莞的中子科學城和深圳的光明科學城有望“聯手”。今年3月,東莞市交通局宣布,長度約12公裡的中子科學城至光明科學城中山大學深圳校區通道工程正在開展前期工作,有望今年開工。

  江門:超大“玻璃球”測量中微子

  江門中微子實驗裝置位於江門開平市,2014年底開始建設,目前,地面裝配大廳等建筑基本完成,位於地下的實驗大廳主體工程正在加快建設,預計2021年投入運行。這是江門的“寶貝”、中國的“寶貝”。

  江門中微子實驗裝置於2012年由中科院高能所發起,項目總投資22億元,分為地面建筑與地下實驗大廳兩大部分,包括位於地下700米的地下洞室、大型水池、一個裝滿2萬噸液體閃爍體和光電倍增管的中微子探測器以及少量配套設施。

  2萬噸的液體閃爍體作為靶物質,將被灌裝進直徑35.4米、厚12厘米的空心有機玻璃球,這是人類造過的最大的有機玻璃球。而這個超大的玻璃球,將浸泡在一個灌有3萬噸純淨水的池裡,被鋼架拴牢。

  這是繼大亞灣反應堆中微子實驗裝置之后由中國主持的第二個大型中微子實驗裝置,是前所未有最復雜的高能物理實驗裝置。與當前最好的國際同類裝置相比,它的規模大20倍,精度提高近一倍。江門中微子實驗裝置的目標是設計、研制並運行一個國際領先的中微子實驗站,以測定中微子質量順序、精確測量中微子混合參數,並進行其他多項科學前沿研究。

  這項研究是一個龐大的長期工程,吸引了來自17個國家和地區、77個高校與科研院所的600多位科研人員。經過5年的籌建,江門中微子實驗裝置即將完成基建工作,探測器安裝和整合的關鍵階段正在進行。

  江門中微子實驗裝置項目發言人、2016年基礎科學突破獎得主、中科院高能所所長王貽芳院士表示,實驗裝置運行后,將能夠回答一系列重大科學問題。如中微子的質量順序,超新星爆發機制等,不僅能對理解微觀的粒子物理規律做出重大貢獻,也將對宇宙學、天體物理乃至地球物理做出重大貢獻。

  而江門也將依托國家重大科學裝置深度融入廣深港澳科技創新走廊,謀劃打造中科院中國(江門)國際科學小鎮。

  惠州:大科學裝置是治癌利器

  惠州的世界級名片,是中科院加速器驅動嬗變系統和中科院強流離子加速器裝置這兩大科學裝置。惠州市政協委員、中國工程院院士夏佳文介紹,去年底,落戶惠州的兩大國家科學裝置之一已經正式動工,預計建設工期要7年。建成后,將有上千名一流科學家來到惠州做研究,同時也會吸引更多的國內外一流科技人才來惠參觀和學習。

  中科院加速器驅動嬗變系統將建設全球首個實現高功率耦合運行的兆瓦級加速器驅動嬗變研究裝置,其中全超導加速器驅動系統熱功率10兆瓦,包含束流功率約2.5兆瓦,次臨界反應堆芯/包層熱功率約7.5兆瓦。

  中科院強流離子加速器裝置,是一台具有國際領先水平的強流離子加速器裝置,具備產生極端遠離穩定線核素的能力,可提供國際上峰值流強最高的低能重離子束流、最高能量達4.25吉電子伏每核子的脈沖重離子束流和國際上測量精度最高的原子核質量測量譜儀。

  這兩大科學裝置總投資規模超過33億元,項目建成后,將成為所在領域國際最先進技術水平的重大科學裝置。中國科學院近代物理研究所所長徐瑚珊表示,“重離子加速器是用人工方法產生高速離子束流的裝置,是探索基本相互作用、物質結構和宇宙演化的重要工具,也是研發關乎經濟社會發展和國家安全的先進核技術的平台。”

  大科學裝置聽起來很“高大上”,實際上與民眾的工作生活息息相關。運用質子或重離子射線治療腫瘤,是當今國際公認的最尖端的放射治療技術,以殺癌效果好、毒副作用小而被譽為“治癌利器”﹔中科院強流離子加速器裝置便可應用於醫療行業,在醫療康養方面提供重要技術支持。

  中科院強流離子加速器裝置項目經理、中科院近代物理研究所原所長肖國青指出,依托大科學裝置設備的技術人才資源,惠州可以探索建立重離子治癌專用裝置等世界領先的相關治療裝置。

  大科學裝置是強勁動力

  劉陳立,中科院深圳先進院合成生物學研究所所長、深圳市合成生物創新研究院院長

  大科學裝置對粵港澳大灣區科技發展無疑是有重要的意義。

  首先,大科學裝置有排他性,有很多科學實驗是普通的實驗室做不了的,隻有大科學裝置才能做,所以它給我們帶來的是一種原創性的科學突破,對基礎科學研究會起到推動作用。

  其次,大科學裝置會形成一個人才集聚效應。很多科研人員想要用到這個設施,他就會聚集到這個設施附近來。

  第三,大科學裝置會帶動產業的發展。大科學裝置有兩種類型,一種是回答基礎科學問題的,一種是直接回答產業問題的。無論哪一種,最終都會間接或者直接地帶動產業的發展。

  第四,大科學裝置能夠促進國際合作。有很多科研計劃,都是依托大科學裝置提出來的,需要不同的科研團隊來共同完成,因此就會產生更多的國際合作。

  第五,大科學裝置能促進多學科的交叉,進而實現科技的突破。如今有很多科技突破都是因為大科學計劃或者大科學裝置的建造而實現的。

  深圳先進院作為發起單位之一,正牽頭建設“合成生物研究重大科技基礎設施”,這將是合成生物領域全球首個啟動籌建的大型基礎設施,預計5年后就能投入使用。大設施建成后至少會催生兩個全新的產業鏈。一條是生物實驗的自動化儀器設備產業鏈,大設施將使生物實驗方式產生革命性的變化,原來人力密集型的生物實驗室將變成全自動化的生物實驗室,用流水線上的機械臂來進行各種高通量的生物實驗。這為我國自動化儀器設備產業在國際上彎道超車提供了機會。另一條是合成生物的產業鏈,將會有大量的合成生物企業在大設施周邊聚集,這將是一個龐大的產業鏈,是下一代的生物技術。

  合成生物大設施建成后,將為我們打造生物醫藥高地提供強勁的源動力。

  大科學裝置意義非凡

  蘇萌,香港大學太空研究實驗室執行主任,美國天文學會Bruno Rossi Prize獎項獲得者

  《粵港澳大灣區發展規劃綱要》明確提出要加快推進大灣區重大科技基礎設施、交叉研究平台和前沿學科建設,著力提升基礎研究水平。粵港澳大灣區目前已經完成並規劃多個國家級大科學裝置項目,去年位於東莞的中國散裂中子源已經正式投入運行,江門中微子試驗站、惠州強流重離子加速器裝置和加速器驅動嬗變研究裝置等大科學裝置也都在加速建設,還包括籌建中的南方光源(同步輻射光源)、冷泉生態系統觀測與模擬裝置等。一批大科學裝置正在大灣區布局,會形成一個相對集中的核心承載區。

  國家建設粵港澳大灣區是千載難逢並且大有作為的重大歷史機遇,大灣區迫切需要布局大科學裝置和國家實驗室。加速構建世界一流的大科學裝置集群,將為國際科技創新中心提供重要的基礎科學裝置與平台支撐,吸引大量各學科研究型人才,推動涉及能源、磁性、合金、高分子、納米、生物材料等多個研究領域的發展。

  積極在粵港澳大灣區規劃建設大科學裝置集聚區、配合高水平研究機構、科學園的建設、通過港澳協同發展科技合作基地的聯動,將有效支撐“綜合性國家科學中心”建設,推動粵港澳大灣區科技合作的不斷深入,促進科技創新和改革發展,為粵港澳大灣區國際科技創新中心提供核心支撐。

  以散裂中子源項目為例,英國的牛津郡、日本的筑波科學城都是因為散裂中子源落戶,迅速吸引了大批世界頂尖科研人才和大量的國際投資,帶動物質科學、微電子、新材料、計算機產業、生物科技產業等成為該地區的主導產業和發展主要驅動力,一舉成為歐洲重要的科技創新中心、日本最大的科學中心、知識中心和人才聚集地。

  守著散裂中子源這麼近的大科學裝置,這正是港澳科技工作者重要的發展機遇。(統籌:汪萬裡 文/記者嚴建廣、王納、汪萬裡)

(責編:胡葦杭、牛攀)