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上海光源:打造中国版“亥姆霍兹”

作者:社会科学
出处:www.lunrr.com
时间:2019-11-20

作者:华李殊资料来源:中国科学新闻发布日期:2019/7/5 9:15:51

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Shanghai光源:Create Chinese Version of Helmholtz

如果有一个科学研究的“乌托邦”,应该是什么样子?

上海光源曾经以“从破土动工到发光只用了3年”的速度创造了世界纪录。2014年恰逢中国科学院分类改革的机遇。以大型科学中心的建设为出发点,以世界上人口最稠密的科学仪器集团张江为基地,探索中国主要科研设施向公众开放的完整机制,建立一个可以在全国复制推广的模式。2017年9月,张江实验室上市,上海光源转让给另一家公司,该公司逐渐扩张形成新模式。

俯瞰张江科学城,科学仪器一个接一个升起。中国科学院在上海张江研究所努力建设的正是聚集全球创新资源的“强磁场”、创新成果的“源头”、顶尖科学家的“孵化器”和高水平科技人才的“培养皿”。

世界上规模最大、种类最全、功能最强的光子科学仪器群正在逐步形成。探索在这个崛起于冉冉的创新型“理想城市”中建立科研“乌托邦”具有重要意义。

上海光源全景图由胡伟成拍摄

■特约撰稿人华立书

今年5月6日,中国大陆第三代同步辐射光源上海光源迎来了向用户开放10周年的“生日”。

鹦鹉螺号破土动工,是中国科学院和上海共同建造的第一台科学仪器。十年来,以上海光源为中心,通过医院与城市的合作,打造了科学仪器的“东风”。它正在浦东张江流动:国家蛋白质设施已经投入使用。上海光源站二期工程的16个站进展顺利。软x光自由电子激光装置和活细胞成像装置不断优化。硬x光自由电子激光装置的土木工程已经全面启动。白派瓦超强超短激光装置也在加紧研究.到2025年,当这些设备全部完成时,张江综合国家科学中心将成为世界上大型科学设备最密集的地方。

这些科学仪器如何能连接成一个彼此密切合作的“朋友圈”?一个可行的办法是建立一个大型科学研究中心,效仿德国亥姆霍兹联合会,打破科学仪器之间的“围栏”,使它们能够相互指向,为中国乃至世界的科技创新释放更强大的力量。

以中国科学院分类改革为契机,2014年11月,中国科学院院长办公会议批准成立中国科学院上海科学中心亥姆霍兹(Helmholtz)中文版的创作,迈出了新征程的第一步。

崛起的张江:科研重型设备打造科技创新里程碑

2018年2月,张江实验室管理委员会第一次会议在现场召开。图片来源:中国科学院上海分院官方网站

今年5月,加州大学圣克鲁斯分校教授戴维德贝朗格(贝朗格)远道而来上海光源做实验,原因是同行们普遍称赞上海光源的出色表现。

很久以前,中国科学家只能站在“世界同步辐射俱乐部”外面,通过在科学仪器中申请一台外国机器来进行艰难的实验研究。

1993年12月,中国科学院院士丁大钊、方寿贤、冼定昌向国家前瞻性地提出,“在我国建设第三代同步辐射光源”。1995年3月,中国科学院和上海市政府同意将该科学仪器降落在张江。

在十多年的项目立项、初步研究和建设过程中,中国科学院动员了一大批精英士兵来到中国科学院上海应用物理研究所参与光源建设。2009年5月,上海光源竣工。现在,经过十年的运作,上海光源在第三代光源的产量和质量上都位居世界同行之首。自去年以来,上海光源已经接受了来自世界各地科学家的申请,迄今已为来自16个国家的177名研究人员提供了服务。

形状像巨大的鹦鹉螺,电子能量高达3.5G电子伏特的同步辐射光由束线站导出432米的储存环。上海源已成为支撑中国许多学科前沿和高技术发展不可或缺的实验平台。

经过10年的稳定运行,用户数量从第一批的20个增加到累计数量,每年为用户提供5500小时的稳定照明。实验支持用户发表5000多篇论文,包括1500多篇高水平论文(SCI-I),其中96篇论文发表于《自然》 《科学》 《细胞》。

上海光源直接帮助中国结构生物学的快速发展。2009年以前,国内同步辐射装置分析的蛋白质晶体结构只有99种,而现在依靠上海光源分析的蛋白质晶体结构多达3775种。其中,对埃博拉病毒和禽流感病毒等重要蛋白质的分析为解决全球公共卫生事件做出了重要贡献。

在上海光源的帮助下,中国物理学家发现了怀尔费米子和三重简并费米子。这是90年来世界物理学界的第一个发现。这对室温下低能耗电子器件的研究和开发具有重要价值,也可用于量子计算机的设计和制造。

在新能源、新材料、环保和文物保护领域,上海光源经常帮助用户取得突破。中国科学院鲍新河院士利用上海光源进行纳米催化研究,成为上海光源达到《科学》的第一项成果。

就在上海光源向用户开放的同时,蛋白质设施的建设开始并于2015年7月通过了国家检查。作为世界上第一个以集成各种大型科学仪器和先进技术为核心的生命科学领域综合科学仪器,截至2018年底,蛋白质设施已提供467,000小时的用户时间。实验研究支持714篇SCI论文,其中39篇发表于《自然》 《科学》 《细胞》。

以提高原始创新能力和支持重大科技突破为目标,近年来,中国科学院不断在上海布局和建设一批科学仪器。世界上规模最大、品种最全、功能最强的光子科学仪器群正在逐步形成,这将有效增强中国在相关研究领域的国际话语权。

同时,中国科学院和上海市政府共同组织了世界级的科学城和世界级的实验室,建设高水平的创新基地。据估计,到2025年,这些主要设施和创新机构将吸引越来越多的来自世界各地的科学家到上海进行先进的科学研究。“科学研究中心”的雏形已经显露出来。

“科学研究中心”也将成为人才高地。科学仪器为各类科技人员的成长提供了广阔的舞台,成为顶尖科学家的“孵化器”和高水平科技人员的“培养皿”。

今年,上海光源的两位杰出用户刚刚被选为美国科学院的外国院士。"十年来,上海光源聚集了一批优秀的科学家和团队."中国科学院上海科学中心主任、中国科学院上海应用物理研究所前所长、中国科学院上海高级研究所副所长赵唐镇表示,上海光源用户中,有来自中国科学院两院的53名院士,以及由“百人计划”、“洁晴计划”和“千人计划”科学家领导的400多个团队。

打破墙:科学仪器建立全球朋友圈

俯瞰张江科学城,当科学仪器一个接一个地崛起时,科学家们不禁思考这样一个问题:这些科学仪器会不会因为不同的建设实体而成为科研创新的“孤岛”?即使每一个设施都在“拔山拔地”,如果很难形成合力,就一定无法充分发挥其最大潜力。

赵唐镇说,打破科学仪器之间的“墙”,让所有大型设备齐头并进,发挥它们的优势,是上海科学中心建设及其使命的“第一心脏”。

2014年,中国科学院启动了研究所的分类改革。负责管理上海光源的上海应用物理研究所建议中国科学院建立一个大型科学中心。同年12月,中国科学院领导小组决定在上海建立一个大型科学中心,探索科学仪器集群新的运行机制。

"我们已经做了大量的准备工作,但要在体制和机制上“打破壁垒”并不容易。"赵唐镇说,最初的想法是建立光子科学中心,但张江实验室的上市和上海光源的整体转移逐渐扩大,形成了一种新的模式。

上海光源实验大厅胡伟成

国家蛋白质科学研究(上海)中心

研究者工作。国家蛋白质科学研究(上海)机构地图

张江实验室作为中国科学院与上海的新一轮合作项目,致力于将中国科学院的学科基础优势和人才队伍优势与上海在改革、创新和国际化方面的突出优势相结合,使上海成为国家实验室成长的“沃土”和“家园”。

2017年5月,中国科学院领导小组决定将中国科学院在上海的所有科学仪器转移到中国科学院上海高级研究所,以支持张江实验室的建设。

同年9月,张江实验室上市。上海大学科学中心(Shanghai U niversity Science Center)已成为其监管下的一个机构,隶属于上海高等研究院,并正式开启了“破墙之路,为科学仪器打造“朋友圈”。"这只是我们探索科学仪器联合机制的第一步."赵唐镇表示,要建设世界一流的共享实验平台,必须提供一流的运行设施、高效开放的共享机制和先进的技术支持和管理服务,实现“装置-方法-研究”的紧密结合,有利于提高实验能力,产生重大成果。

“因此,建立和稳定一个高水平的运行和维护团队非常重要。面对张江“四面楚歌”企业的现状,我们还需要对团队凝聚力做更多的探索赵唐镇表示,凭借优秀的人才和高水平的运行维护团队,用户实验的技术支持条件(包括专业实验室、样品保存和制备、数据存储和处理等)。)可以不断提高,管理服务水平(包括学科申请、审批、执行和实验服务等。)可以改进。在此基础上,科学仪器集团可以面向世界科技前沿、国家重大需求和国民经济主战场,开展全方位合作,聚焦重点,加强产业和区域辐射,不断取得显着成效。

现在,上海大学科学中心拥有一个600多人的精干研究团队。通过同步辐射光源、蛋白质设施、自由电子激光装置和束线站的建设和运营,该团队已成为设计和建设主要科学设施、研究和开发新技术、设施运输和跨领域研究的国际科技强国。

上海光源曾经以“从破土动工到发光只用了3年”的速度创造了世界纪录。赵唐镇表示,他们将充分利用研究所分类改革的机遇,以建设大型科学中心为出发点,立足于世界上人口最稠密的科研仪器集团张江,探索中国重大科研设施向社会开放的完整机制,树立全国可复制推广的典范。

统筹协调:创造科学研究“乌托邦”

如果科学研究中有一个“乌托邦”,应该是这样的:一个科学家提出一个重大的科学问题,来自不同领域的科学家帮助他分解这个问题,设计一系列实验,然后使用这里的一流科学仪器以最好和最快的方式探索科学知识。

中国科学院在上海张江努力创造的正是这样一个聚集全球创新资源的“强磁场”和创新成果的“发源地”。探索在这个崛起于冉冉的创新型“理想城市”中建立科研“乌托邦”具有重要意义。

为了将科学仪器作为一个整体来管理并保持其卓越的性能,最终目标是为用户服务。赵唐镇认为,效仿德国亥姆霍兹联合会,创造“亥姆霍兹”的中文版本是上海科学中心未来的发展目标。

德国亥姆霍兹联合会成立于2001年,有18个国家科学研究中心。其最大特点是打破了以往各企业科研中心的运作框架,也突破了政府部门主导科技经费管理的模式。它以重大科学问题为指导,执行由联邦内科研人员领导的五年科技任务计划,并根据计划内容的国际竞争力分配国家分配的科研经费。

"亥姆霍兹联盟是科学仪器集群联合运行的良好参考."赵唐镇透露,在过去的两年里,上海科学中心已经建立了资金管理、岗位聘任、项目实施等全面管理体系。为即将到来的科学仪器联盟打下坚实的基础。

首先,一个科研机构要想进入一个大的科学中心,必须具备“会员资格”。赵唐镇说,拥有“会员”意味着“拥有科学仪器”。例如,在加入上海科学中心的四个科研单位中,科学仪器已经建成或正在建设中。除了上海光源和蛋白质设施,还有中国科学院上海微系统和信息技术研究所和上海科技大学。前者资助了上海光源两个光束线站的建设,后者是硬x光自由电子激光装置的项目法人实体。

其次,在上海大学科学中心内,最终将建立一套提供“一门”实验解决方案的流程。何建华说,“将来,科学家会带来科学问题。该中心将召集各行各业的专家来分解问题,合理安排各种大型设备上的机器使用,以便科学问题能够以最有效的方式得到解决。”

中国科学院上海有机化学研究所研究员周嘉海是上海光源和蛋白质设施的“双材料”用户。几乎每个月他的学生都去张江做实验。"如果所有的实验都能在一次访问中完成,那将大大提高科学研究的效率。"周家海希望大科学中心能尽快推出定制的“实验包”服务。

最终,上海科学中心将面对国家的重大战略需求,依托国际一流的科学仪器集群,形成以大型仪器群为核心、跨研究平台为桥梁、高水平科技团队的研究基地。它将与上海张江综合国家科学中心的建设和管理模式相衔接,发展成为综合性国家实验室。

赵唐镇透露,上海科学中心已部署光子科学、生命科学、材料科学等领域的一系列高端用户项目,以满足国家重大战略需求和重大前沿科学问题,并将在未来与全球科学家开展更加广泛和深入的合作。

储存环隧道由胡伟成拍摄

《中国科学报》 (2019-07-05第四版纪录片)

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