如果科學研究有一個“理想國”，它應該是什么樣子？

上海光源曾以“自破土到出光僅用了3年時間”的速度，創(chuàng)下了一個世界紀錄。2014年恰逢中科院研究所分類改革的契機，他們以建設大科學中心為抓手，立足張江這個全球最密集的大科學裝置群，為我國重大研究設施向社會開放探索完整的機制，樹立起一塊全國可復制、可推廣的樣板。2017年9月，張江實驗室的掛牌，上海光源的整體劃轉(zhuǎn)，又逐漸拓展形成全新格局。

俯瞰張江科學城，一座座大科學裝置拔地而起。中科院在上海張江所努力打造的，恰恰是集聚全球創(chuàng)新資源的“強磁場”、創(chuàng)新成果的“原產(chǎn)地”，又是頂級科學家的“孵化器”、高水平科技人才的“培養(yǎng)皿”。

一個全球規(guī)模最大、種類最齊全、功能最強的光子大科學裝置群正在逐步形成。在這座冉冉升起的創(chuàng)新“理想城”，探索建立科研“理想國”，意義非凡。

上海光源全景 胡蔚成攝

■特約撰稿 花梨舒

今年5月6日，我國大陸首臺第三代同步輻射光源——上海光源，迎來了向用戶開放十周年的“生日”。

這個從農(nóng)田中破土而出的“鸚鵡螺”，是由中國科學院與上海市共建的首個大科學裝置。過去十年間，以上海光源為中心，院市合作、建設大科學裝置的“東風”，正在浦東張江涌流：國家蛋白質(zhì)設施已投入使用；上海光源線站二期工程16條線站順利推進；軟X射線自由電子激光裝置與活細胞成像裝置不斷優(yōu)化；硬X射線自由電子激光裝置土建工程已全面展開；百拍瓦超強超短激光裝置也在加緊攻關(guān)……到2025年，這些裝置全面建成時，張江綜合性國家科學中心將成為世界上大科學裝置最密集的地方。

如何將這些大科學裝置聯(lián)接成一個相互協(xié)同、緊密配合的“朋友圈”？一條可行之路是建立大科學研究中心，仿效德國的亥姆霍茲聯(lián)合會，打破大科學裝置間的“圍墻”，使它們能并指成拳，為中國乃至世界科技創(chuàng)新，釋放出更強大的力量。

以中科院研究所分類改革為契機，2014年11月，中科院院長辦公會議批準籌建中科院上海大科學中心——打造中國版“亥姆霍茲”，邁出了新征程的第一步。

崛起張江：科研重器構(gòu)筑科技創(chuàng)新地標

2018年2月，張江實驗室管理委員會第一次會議現(xiàn)場。圖片來源：中科院上海分院官網(wǎng)

今年5月，美國加州大學圣克魯茲分校教授戴維德·貝朗格不遠萬里，慕名來到上海光源做實驗，緣于同行對上海光源優(yōu)異性能的共同贊譽。

曾幾何時，中國科學家只能站在“世界同步輻射俱樂部”的門外，靠申請國外大科學裝置的機時艱難開展實驗研究。

1993年12月，丁大釗、方守賢、冼鼎昌3位中科院院士前瞻性地向國家提議：“在我國建設一臺第三代同步輻射光源”。1995年3月，中科院與上海市政府商定，將這臺大科學裝置落地張江。

在十幾年漫長的立項、預研與建設過程中，中科院調(diào)集了大量精兵強將來到中科院上海應用物理研究所，參與光源建設。2009年5月，上海光源建成。如今，經(jīng)過十年運行，上海光源在國際同類中能第三代光源中的產(chǎn)出成果數(shù)量與質(zhì)量均位居前列。從去年起，上海光源開始接受全球科學家的申請，迄今已服務了16個國家的177名科研人員。

形似巨大的鸚鵡螺，電子能量高達3.5G電子伏特的同步輻射光，從432米儲存環(huán)中被一條條光束線站引出。上海光源已經(jīng)成為支撐國內(nèi)諸多學科領域前沿“領跑”和高技術(shù)發(fā)展不可或缺的實驗平臺——

穩(wěn)定運行十年，用戶從第一批20人增長到累計24684人，每年向用戶穩(wěn)定供光5500小時，實驗支持用戶發(fā)表論文逾5000篇，其中高水平論文（SCI一區(qū)）1500余篇，包括在《自然》《科學》《細胞》上發(fā)表96篇。

上海光源直接助力我國結(jié)構(gòu)生物學實現(xiàn)快速發(fā)展。2009年以前，國內(nèi)同步輻射裝置解析出的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)僅有99個，而依靠上海光源，現(xiàn)在已多達3775個。其中，埃博拉病毒、禽流感病毒等重要蛋白質(zhì)的解析，為全球公共衛(wèi)生事件的解決作出了重要貢獻。

借助上海光源，我國物理學家發(fā)現(xiàn)了外爾費米子、三重簡并費米子。這是世界物理學界90年來的首次發(fā)現(xiàn)，對研發(fā)室溫低能耗電子器件有重要價值，還可用于量子計算機的設計制造。

在新能源、新材料、環(huán)境保護、文物保護等領域，上海光源頻頻助力用戶取得突破。中科院院士包信和利用上海光源開展納米催化研究，成為上海光源首個登上《科學》的成果。

就在上海光源向用戶開放之際，蛋白質(zhì)設施開始興建，并于2015年7月通過國家驗收。作為全球生命科學領域首個以各種大型科學儀器和先進技術(shù)集成為核心的綜合性大科學裝置，截至2018年底，蛋白質(zhì)設施累計提供用戶機時46.7萬小時；實驗研究支撐發(fā)表SCI論文714篇，包括在《自然》《科學》《細胞》上發(fā)表39篇。

以提升原始創(chuàng)新能力和支撐重大科技突破為目標，近年來，中科院在滬持續(xù)布局建設一批大科學裝置，一個全球規(guī)模最大、種類最齊全、功能最強的光子大科學裝置群正在逐步形成，將有力提升我國在相關(guān)研究領域的國際話語權(quán)。

與此同時，中科院與上海市政府聯(lián)合，積極布局世界一流科學城、世界一流實驗室，打造高水平創(chuàng)新基地。預計到2025年，這些重大設施與創(chuàng)新機構(gòu)建成運行后，將吸引全球越來越多的科學家來滬開展前沿科學研究，一座“科研重鎮(zhèn)”的雛形已經(jīng)顯露出來。

“科研重鎮(zhèn)”也將是人才高地。大科學裝置為各類科技人員成長提供了廣闊舞臺，成為頂級科學家的“孵化器”和高水平科技人才的“培養(yǎng)皿”。

今年，上海光源有兩位優(yōu)秀用戶剛剛當選美國科學院外籍院士。“十年間，上海光源聚集了一批優(yōu)秀科學家及團隊。”中科院上海大科學中心主任、中科院上海應用物理研究所原所長、中科院上海高等研究院副院長趙振堂說，在上海光源的用戶中，有兩院院士53人，“百人計劃”“杰青”“人才”科學家領銜的團隊400多個。

破除圍墻：大科學裝置建起全球朋友圈

俯瞰張江科學城，當一座座大科學裝置拔地而起，科學家不禁思考起這樣一個問題：由于建設主體單位不同，這些大科學裝置是否會變成一個個科研創(chuàng)新的“孤島”？即便每個設施都“力拔山兮”，若難以形成合力，則勢必無法發(fā)揮出最強大的潛能。

趙振堂說，破除大科學裝置之間的“圍墻”，使所有大裝置攜手并進、各展所長，是籌建上海大科學中心的“初心”，也是其承擔的使命。

2014年，中科院啟動研究所分類改革。建立大科學中心，成為負責運行上海光源的上海應用物理所給中科院提出的一個建議。當年12月，中科院黨組做出決定：在上海建立大科學中心，探索大科學裝置集群的新型運作機制。

“我們做了大量的前期準備工作，但體制機制上的‘破墻’并非易事。”趙振堂說，最初設想是建立光子科學中心，但張江實驗室的掛牌以及上海光源的整體劃轉(zhuǎn)，逐漸拓展形成全新格局。

上海光源實驗大廳 胡蔚成攝

國家蛋白質(zhì)科學研究（上海）設施

科研人員在工作。國家蛋白質(zhì)科學研究（上海）設施供圖

作為中科院與上海市開展的新一輪院市合作項目，張江實驗室致力于將中科院的學科基礎優(yōu)勢和人才團隊優(yōu)勢，與上海突出的改革優(yōu)勢、創(chuàng)新優(yōu)勢和國際化優(yōu)勢相結(jié)合，使上海成為國家實驗室成長的“沃土”和“家園”。

2017年5月，中科院黨組作出決定，將中科院在上海的大科學裝置全部劃歸中科院上海高等研究院，以支持張江實驗室建設。

當年9月，張江實驗室掛牌。上海大科學中心成為其下屬的一個機構(gòu)，掛靠上海高等研究院，為大科學裝置打造“朋友圈”的“破墻”之路正式起步。

“這只是我們探索大科學裝置聯(lián)合機制的第一步。”趙振堂表示，打造一個世界級的共享實驗平臺，必須有一流的運行設施、高效開放的共享機制以及先進的技術(shù)支撐和管理服務，實現(xiàn)“裝置—方法—研究”緊密結(jié)合，有利于提升實驗能力，產(chǎn)出重大和重要成果。

“因此，建設和穩(wěn)定一支高水平的運維隊伍十分重要，面對張江企業(yè)‘四面楚歌’挖人的現(xiàn)狀，我們還需要在凝聚隊伍上做更多探索。”趙振堂說，有了出色的人才，有了高水平的運維隊伍，才能不斷改進用戶實驗的技術(shù)支撐條件（包括專業(yè)實驗室、樣品保存和準備、數(shù)據(jù)儲存和處理等），并提高管理服務水平（包括課題申請、審批、執(zhí)行與實驗服務等）。在此基礎上，大科學裝置群才能面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場，全方位開放合作，聚焦重點，加強產(chǎn)業(yè)和區(qū)域輻射，不斷產(chǎn)出重大成果。

現(xiàn)在，上海大科學中心擁有一支600多人的精干研究團隊。這支團隊通過同步輻射光源、蛋白質(zhì)設施、自由電子激光裝置和光束線站的建設及運行，已成為我國大科學設施設計建設、新技術(shù)研發(fā)、設施運維和前沿交叉研究的國際科技勁旅。

上海光源曾以“自破土到出光僅用了3年時間”的速度，創(chuàng)下了一個世界紀錄。趙振堂表示，他們將利用好研究所分類改革的契機，以建設大科學中心為抓手，立足張江這個全球最密集的大科學裝置群，為我國重大研究設施向社會開放探索完整的機制，樹立起一塊全國可復制、可推廣的樣板。

統(tǒng)籌協(xié)同：打造科研“理想國”

如果科學研究有一個“理想國”，它應該會是這個樣子：一名科學家提出一個重大科學問題，來自不同領域的科學家?guī)退麑�問題分解，并設計出一系列實驗，然后利用這里擁有的一流大科學裝置，以最優(yōu)、最快的途徑探尋科學真知。

中科院在上海張江努力打造的，恰恰是這樣一個集聚全球創(chuàng)新資源的“強磁場”、創(chuàng)新成果的“原產(chǎn)地”。在這座冉冉升起的創(chuàng)新“理想城”，探索建立科研“理想國”，意義非凡。

對大科學裝置進行統(tǒng)籌管理，保持其性能的優(yōu)越，最終目的還是為了服務用戶。趙振堂認為，效仿德國亥姆霍茲聯(lián)合會，打造中國版“亥姆霍茲”，是上海大科學中心的未來發(fā)展目標。

成立于2001年的德國亥姆霍茲聯(lián)合會擁有18個國家科研中心，其最大特點在于打破了以往各法人科研中心各行其是的運行框架，也突破了政府部門主導科技經(jīng)費管理的模式。它以重大科學問題為導向，在聯(lián)合會內(nèi)部實施科研人員主導的五年科技任務規(guī)劃，并根據(jù)計劃內(nèi)容的國際競爭力配置國家撥付的科研經(jīng)費。

“對于大科學裝置集群的聯(lián)合運行，亥姆霍茲聯(lián)合會是一個很好的參考。”趙振堂透露，近兩年來，上海大科學中心已建立了經(jīng)費管理、崗位聘任、項目實施等統(tǒng)籌管理制度，為即將形成的大科學裝置聯(lián)盟夯實了基礎。

首先，一家科研機構(gòu)如果希望進入大科學中心，必須擁有“入會資格”。趙振堂說，擁有“入會資格”意味著“擁有大科學裝置”。比如，目前已經(jīng)加入上海大科學中心的4家科研單位，都有已經(jīng)建成或正在建造的大科學裝置。除了上海光源和蛋白質(zhì)設施，還有中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、上�？萍即髮W。前者在上海光源出資建造了兩條光束線站，后者則是硬X射線自由電子激光裝置的項目法人單位。

其次，在上海大科學中心內(nèi)部，將最終建立起一套提供“一門式”實驗解決方案的流程。何建華說，“以后科學家?guī)е�科學問題來，由中心召集各路專家，一起對問題進行分解，再合理安排使用各種大裝置上的機時，使科學問題能得到最高效的解決。”

中科院上海有機化學研究所研究員周佳海是上海光源和蛋白質(zhì)設施的“雙料”用戶。他的學生幾乎每個月都跑去張江做實驗。“如果去一次就能完成所有實驗，那將使科研效率大大提升。”周佳海希望大科學中心早日推出“實驗套餐”的定制服務。

最終，上海大科學中心將面向國家重大戰(zhàn)略需求，依托國際一流的大科學裝置集群，形成以大裝置群為核心、以交叉研究平臺為橋梁、集聚高水平科學與技術(shù)團隊的研究基地，對接上海張江綜合性國家科學中心的建設和管理模式，發(fā)展成為綜合型國家實驗室。

趙振堂透露，面向國家重大戰(zhàn)略需求和重大前沿科學問題，上海大科學中心已經(jīng)在光子科學、生命科學、物質(zhì)科學等領域部署了一系列高端用戶項目，未來將與全球科學家開展更為廣泛深入的合作。