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好刀尚需开锋:为何国内建了大装置科学家仍需

  原本可以拉动20节车厢的火车头,目前只拉了3节车厢。这既造成“火车头”资源的较大浪费,也导致“运力”严重不足,使得“运力”在市场上供不应求。

  如此尴尬的窘境,印证在散裂中子源等国内平台型大科学装置的身上,或许再恰当不过。平台型大科学装置是为众多学科领域开展研究服务的重要装置,后续建设直接影响研究人员能否利用此装置有效开展研究。

  “中国散裂中子源有20个谱仪孔道,一期仅建设了3台谱仪,只能满足这些谱仪对应研究领域50%左右用户的实验需求,还有许多重要领域急需建设相应的谱仪。”中科院高能物理研究所副所长陈延伟告诉《中国科学报》。

  这一方面造成了中子束流资源的浪费,另一方面,国内用户希望借助散裂中子源开展实验的需求非常旺盛,也非常迫切,但仅有的3台谱仪远远满足不了用户的需求。无奈之下,国内用户只能去国外开展实验,成本剧增、还要面对很大的不确定性,需抢占时机的重要研究也因时间而耽误。

  随着国内散裂中子源、高能同步辐射光源等平台型大科学装置建设进入加速期,提前部署大科学装置中的谱仪/线站建设,完善大科学装置后续谱仪/线站建设机制,十分迫切。

  《中国科学报》采访中科院金属所研究员李昺时,恰逢他即将在两天后再次赴日本开展为期10天的实验。随后,他还要立即前往澳大利亚开展20多天的实验,稍歇几天,还需再度赴日本继续实验。

  此前,他的科研团队发现的“庞压卡效应”成果,也因国内缺乏实验所需谱仪等条件,只能无奈去国外开展实验。所幸实验尚算顺利,最终成果也令人满意,实验成果最后发表于《自然》。

  不过,李昺告诉《中国科学报》:“去国外做实验,增加了经济和时间成本,签证也存在不确定性;更重要的是,大科学装置需要为国家的‘卡脖子’技术提供解决途径,很多关键技术只能在国内解决;大科学装置缺乏配套谱仪,很大程度上限制了核心技术的突破。”

  “基础研究要产生颠覆性技术,必须有原始创新,要做到‘人无我有’,抢占实验先机和使用先进手段至关重要。”李昺心里滋味繁杂。

  上海交通大学物理与天文学院、自然科学研究院特别研究员洪亮告诉《中国科学报》:“我们原定于今年1月中旬去美国做实验,因为美国政府关门使得我们出国受阻。我们用了半年的时间申请国外的实验机时,半年时间就这样浪费了。后续我们还要重新进行一轮实验申请。这严重影响了我们的科研进程。”

  “去国外做实验,如果是团队出国,会导致科研成本剧增。此外,实验的时效性差,导致我们与国外课题组竞争时,在时间上处于劣势,只能眼看着别人抢先发表成果。”洪亮提到去国外做实验的困难时,也是一脸的无奈。

  散裂中子源产生的中子,与其他研究手段相比更容易穿透物质,在探测物质的微观结构和动力学特征方面,中子源具有独特的优势。中国散裂中子源是物理、化学、材料等多领域进行科学实验重要的“超级显微镜”。

  中子源产生中子,只是开展实验的第一步,提取和分析数据,则必须依靠谱仪,没有匹配的谱仪,相关实验就无法开展。

  陈延伟介绍,由于经费限制,中国散裂中子源一期仅建设了3台谱仪。散裂中子源第一轮开放申请,用户十分踊跃,但目前3台谱仪远不能满足用户的实验需求。“希望国家加快后续谱仪建设。”

  “近期,我们举办了有100多位国内外学者参加的软物质生物中子研讨会,会上关于加快散裂中子源二期谱仪建设的呼声非常高,十多位国外资深专家也对目前散裂中子源只有3台谱仪感到不可思议。”洪亮告诉记者。

  洪亮说:“在某些学科领域,科研竞争不占优势,很大程度上是因为机理研究不到位,关键问题没有攻克,开展机理研究还需充分利用大科学装置。”

  北京科技大学新金属材料国家重点实验室教授王沿东也告诉《中国科学报》:“国家重点实验室承担着重要的科研任务,很多关键实验必须在国内开展,但因为受国内仪器条件限制,在国内开展又困难重重。我们迫切需要增加相应的谱仪设备,这对解决国家‘卡脖子’技术具有重要意义。”

  王沿东还透露,美国一些实验室有明确规定,禁止我国某些高校在这些实验室开展实验。即使能够通过实验机时申请,签证也可能因为各种原因无法顺利办理。加快完善谱仪/线站后续建设,提升国内大科学装置利用率,“形势非常紧迫!”

  中科院高能物理研究所东莞分部副主任梁天骄告诉《中国科学报》:“中子散射可用于研究物质微观结构和物质微观动力学。但中国散裂中子源现有的3台谱仪都是研究微观结构的,因缺少研究微观动力学的谱仪,该领域的研究在中国散裂中子源还无法开展。”

  “日本散裂中子源于2001年动工,2008年完成建源并配备10台谱仪,2008年至2014年间,其规划设计中的21台谱仪基本建成。”曾在日本散裂中子源工作过的李昺告诉记者,“我们目前做实验急需的较高端的谱仪——高能量分辨率非弹性散射谱仪,在日本先期建设的10台谱仪中就早已配置。”

  陈延伟也告诉记者:“日本的第一个同步辐射装置于1983年建成,一期建设了加速器及5条光束线条光束线。”

  中科院高能物理研究所原副所长张闯说:“我国的大科学装置建设之初也都有整体计划,后续建设项目则按五年期新建项目进行规划安排。”

  这种管理模式存在诸多问题和弊端。专家们认为,对于有后续建设计划的项目,应该在一期建设中就进行必要的安排和投入。

  此外,由于项目不得不以五年规划开展,后续项目建设的时效性也会受到影响,包括影响大科学装置整体效益的发挥,同时也不利于管理部门对投入总量的宏观把控。

  王沿东认为,项目机制应提高灵活度,例如美国的一些实验室在立项时会考虑尖端设备研发过程中的不可预见费,包括考虑通货膨胀等问题,可能申请时价值几千万的仪器,在实际建造时会上涨至亿元,这就需要更加灵活的机制保障项目的后续建设。

  专家建议,审定批准的后续建设项目应不受五年规划期限制,适时申请、简化程序、及时审批、尽快启动,合理地快速推进。

  谱仪建设工艺复杂,需要不断更新调试。谱仪科学家是装置与用户之间的“桥梁”,对谱仪和大科学装置的有效利用、谱仪的建设更新、用户满意度有重要影响。

  我国目前十分缺乏谱仪科学家,考核机制和薪酬待遇成为难以引才留才的重要原因。

  “国外谱仪科学家,一是较固定,二是待遇较高。在博士毕业后,需要在谱仪方面进行几年博士后培养,然后才能留下来负责谱仪运行管理。”曾在美国橡树岭国家实验室工作过的王沿东告诉记者,“一方面他们的薪酬待遇高,容易留住人,另一方面固定专业的人才,有利于对后续谱仪的建设利用。”

  洪亮也表示:“只有谱仪这个‘硬件’还不够,还必须配备相应的‘软件’,我国缺乏与用户对接的谱仪人才,薪酬待遇是难以引才的重要原因。”

  李昺对此也表示认同。他告诉记者,在国外开展实验,与国外的谱仪科学家对接起来,相对更为流畅。国外的谱仪科学家也更能理解和满足用户的要求。

  “我国的科研院所、高校应该更加开放,共同加大对大科学装置国际先进人才的引进。”王沿东说。

  “我们在招生时,很多优秀的理工科学生对大科学装置还是了解甚少。我们希望借助科普的力量,让科研人员充分利用大科学装置。”李昺说。

  陈延伟也表示:“散裂中子源等大科学装置的科普非常重要。通过科普,一是可以让更多的用户了解大科学装置的作用,提高用户实验水平;二是可以吸引更多的有志之士,一起投入到大科学装置的后续建设中。”

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