瞭望|发挥重大科技基础设施作用 实现科技造福人类——专访中国科学院院士赵红卫

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2022-09-13 14:11浙江新华社客户端官方帐号
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中国科学院院士赵红卫

我国重大科技基础设施从过去跟跑到现在总体水平处于国际先进行列,成绩明显

依托兰州重离子加速器大科学装置,近代物理所在世界上首次合成了30多种新核素,首次精确测量了26种短寿命原子核的质量

重大科技基础设施已成了培养和吸纳优秀科技人才的“蓄水池”

文 |《瞭望》新闻周刊记者 张文静 孙英兰

由中国科学院近代物理研究所(下称近代物理所)自主研制的国内第一台重离子治疗肿瘤专用装置,自2018年在甘肃省武威市安装运行以来,目前已有2万余名肿瘤患者进行了咨询,有570多名患者完成了重离子治疗,疗效显著,耐受性良好。

在科技高速发展的今天,类似重离子加速器的重大科技基础设施已成为世界科技强国必争的战略高地。我国依托重大科技基础设施推动了基础研究和应用研究的进步,成为解决重大战略科技问题的主平台。如正负电子对撞机、上海光源、全超导托卡马克核聚变实验装置、散裂中子源、“中国天眼”射电望远镜等已产出了多项重大成果,破解了多个“卡脖子”的科技难题,在我国建设科技强国的征途中扮演着重要角色。

在接受《瞭望》新闻周刊专访时,中国科学院院士,近代物理所党委书记、副所长,兰州重离子加速器国家实验室副主任赵红卫表示,科学技术的初心是造福人类。60多年来,近代物理所始终依托重大科技基础设施不断探索未知世界、发现自然规律、引领科技变革、造福人类健康。

“重视‘国之重器’的引擎作用,持续推动、提升重大科技基础设施这一科技利器在科技创新上的重要作用,让科技创新更好地造福人类是近代物理所不断努力的方向。”赵红卫告诉《瞭望》新闻周刊记者。

“国之重器”引领科技变革

《瞭望》:为什么要建设重大科技基础设施?

赵红卫:重大科技基础设施在探索自然规律和物质基本结构、催生技术变革、发现新知识、发明新技术方面具有不可替代的作用,是提供极限研究手段的大型、复杂的科学研究系统。它可以让前沿的科学理论转化为现实的科技成果,解决事关国家安全和社会发展全局的重大问题。因此,也是世界科技强国必争的战略高地。几乎所有的世界强国如美国、德国、日本都已布局建成了一大批重大科技基础设施,至今还在不断建设,涉及从物质结构、能源、信息、材料、天文与航天、地球与环境到海洋、生命与健康、农业和国家安全等多个领域。

建设和运行大型科学装置,根本目的在于发现自然规律、产生新知识,这些新知识看起来似乎暂时没什么用,但在未来都会被使用,而且会产出一大批新技术等“副产品”。历史已经证明,很多大型加速器衍生的成果和国家各行各业的核心技术密切联系在一起。重大科技基础设施还可以帮助我们解决经济社会发展中遇到的许多具体难题。比如地球系统数值模拟装置,不仅能对天气形势做出精准预测,还可以为我们处理节能减排这一重大全球问题提供数据支撑。

《瞭望》:我国重大科技基础设施呈现哪些特点?

赵红卫:我国重大科技基础设施建设从中科院起步。“九五”至“十二五”时期重点布局,这一时期也是我国重大科技基础设施建设的“井喷期”。截至目前,我国已有约40个重大科技基础设施投入运行。

重大科技基础设施的提出、建设、运行和维护需要庞大的团队给予保障,而且涉及的专业方向非常广泛。以兰州重离子加速器国家实验室为例,这是以重离子物理和相关技术应用为主的实验室,涉及领域包括核物理、原子物理、材料科学、生命科学、先进核能、离子加速器、自动控制、微电子、探测器、磁铁、真空、电源、机械、射频与微波、液氦低温等,综合性非常强,运行效率也高。兰州重离子加速器除每年7月底至8月停机维护以外,每天24小时、每年11个月运行约7500小时。总体来看,我国重大科技基础设施大部分运行时间为每年5000小时至7000小时,效率比较高。

我国重大科技基础设施从过去跟跑到现在总体水平处于国际先进行列,成绩明显。比如兰州重离子加速器国家实验室,其在短寿命原子核质量精确测量、强流高电荷态离子束产生和强流质子超导直线加速器等方面在国际上处于领先水平。应国家需求,我们实验室还承担了大量单粒子效应抗辐照器件加固方面的检测实验。国内重要的航天器件“上天”之前,均要在该实验室完成地面上的检测。

“国之重器”回报社会

《瞭望》:重大科技基础设施是如何推动科技创新的?

赵红卫:我国已取得的科技成就多数与重大科技基础设施有关,世界范围内亦是如此。我国重大科技基础设施在突破科学前沿与学科发展、突破和培育关键核心技术、催生高新技术、开拓新兴交叉领域、解决国家经济社会可持续发展等方面取得了一大批成果,成就显著。世界范围内来说,40%左右的诺贝尔奖获得者依托重大科技基础设施获得成果。因此,重大科技基础设施在科技创新方面发挥了非常重要的作用。

例如,在前沿基础研究方面,依托兰州重离子加速器大科学装置,近代物理所在世界上首次合成了30多种新核素,首次精确测量了26种短寿命原子核的质量;在国家重大需求方面,基于离子加速器大科学装置和核物理研究,提出了解决核燃料长期可持续供给、实现铀资源充分利用和乏燃料安全无害处置的加速器驱动的先进核裂变能源系统;在人民健康方面,依托这一大科学装置,经过20多年持续努力,我们发展了先进的、具有自主知识产权的重离子治疗肿瘤技术,研发了治疗实体肿瘤的专用重离子加速器装置,已得到产业化推广。

重大科技基础设施还是聚集高端人才、培养人才、展示大国形象、推动国际合作交流、开展科学和核心技术交流极其重要的平台。比如,近代物理所曾与美国、欧洲等的50多个研究机构和大学建立了密切的合作关系,产出了非常重要的科技成果,培养了一批为我所用的科研人才。兰州重离子冷却储存环工程在建设期间,充分发挥了国际合作的作用,多名外国专家参与建设。这些难得的经历培养和造就了一批具有国际水平和视野的高端科技人才、青年科技人才和高水平创新团队。可以说,重大科技基础设施已成了培养和吸纳优秀科技人才的“蓄水池”。

近代物理所是一个依托重大科技基础设施,开展重离子科学与技术、加速器驱动的先进核能系统研究的基地型研究所。60多年来,研究所在原子核物理、原子物理、放射生物学、重离子驱动的高能量密度物理、材料辐照与技术、加速器驱动的先进核能裂变能源、基于离子束的核技术相关应用和粒子加速器大科学装置等研究方面,引领着我国重离子科学与技术、加速器驱动核能技术的发展,取得了以新核素合成、原子核质量精确测量为代表的一批重大基础研究成果;在超导离子源、连续波强流质子超导直线加速器等方面获得了一系列关键技术突破;转化了重离子治癌、辐照诱变育种等多项重离子辐照技术,实现了大型医疗设备重离子肿瘤治疗专用装置的国产化。截至2022年7月,作为第一单位和参与单位,近代物理所共有186项成果获得省、部级以上奖励,其中国家级奖励20项。

《瞭望》:重大科技基础设施在造福人类方面有哪些代表案例?

赵红卫:这类案例很多。比如1975年,美国劳伦斯伯克利国家实验室利用其已有的科研加速器装置率先开展重离子治疗肿瘤研究。20世纪90年代,德国和日本相继开展重离子治疗肿瘤技术和临床研究,并逐步推广应用。目前,重离子治疗已成为全球放疗领域的前沿和热点。国际上共有10余台医用重离子加速器在运营,主要分布在亚洲和欧洲。全球已累计治疗肿瘤患者约3万人。

近代物理所从1993年开始重离子治癌技术基础研究,已经实现了离子束辐照细胞、动物实验、核心技术攻关、病例临床前期试验、治疗专用装置的集成、示范及产业化推广。2018年,近代物理所自主研发并投入生产、安装了国内第一台重离子治疗肿瘤专用装置,使我国成为继日本、德国、美国之后全球第四个实现重离子治疗肿瘤的国家。

2019年10月,由近代物理所及其参股公司兰州科近泰基新技术有限责任公司研制的我国首台自主知识产权碳离子治疗系统获准上市。这台由国家药品监督管理局批准注册的国产碳离子治疗系统,突破了国外产品的专利壁垒,提高了性价比、降低了运行维护成本,实现了国产重离子治疗设备零的突破,使我国高端医疗器械装备国产化迈出了新的步伐。

同时,该系统的产业化和临床应用还将带动集癌症精准治疗、高端装备制造和运行维护服务为一体的离子医疗产业,推动上下游企业技术水平提升,实现低端制造向中高端制造转型,使“国之重器”造福社会。可以说,重大科技基础设施在基础研究、产业化应用等方面,有力地服务了社会,并推动了经济社会发展。

超导质子直线加速器装置 近代物理所供图

打造全球创新高地仍需努力

《瞭望》:如何更好地推动重大科技基础设施建设?

赵红卫:可以吸引企业参与国家重大科技基础设施建设。比如,有发达国家企业与国家实验室合作,大型设备的所有权由实验室掌握,企业有使用权。我国也可以借鉴此类做法,吸引民营企业参与。相关部门可以设置一部分基金用于支持企业围绕重大科技基础设施建设采购专门的仪器设备,参与设施建造。

同时,国家亦可鼓励地方政府投入重大科技基础设施的建设。在立项建设重大科技基础设施时,充分论证,目标清晰,从国家需求出发。充分考虑团队基础和经验,强调先进性和必要性。

《瞭望》:打造全球创新高地,我们面临哪些新挑战?

赵红卫:世界科技强国竞争,比拼的是国家战略科技力量。打造科技强国和全球创新高地,是我们一直努力的方向和目标。在关乎国家战略需求、基础科学研究和技术创新的重大科技基础设施建设方面,我们必须要以“十年磨一剑”的韧性,坚持发展。

目前,我国重大科技基础设施有部分技术指标处于国际领先,部分分系统、某个方向或设备性能等领先的较多,全面领先、领跑的相对较少。比如在核能可持续发展和医用同位素量产方面仍需要持续推动。核废料嬗变、铀资源利用率的提高是先进核裂变能源可持续发展的重要研究方向,这两个问题目前也是世界难题,需要建设重大科技基础设施开展探索研究;在用于肿瘤诊疗的医用同位素量产技术方面,离子加速器装置也可发挥关键作用,规避“卡脖子”风险,我国可统筹谋划布局。■

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