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科研人员齐聚怀柔科学城,在“梦想的实验室”中探索科学秘境

   日期:2022-04-14     来源:北京日报    浏览:790    
核心提示:今年1月20日以来,京北雁栖湖畔,这处曾经名不见经传的京郊田园,忽然陆续收到海内外36家科研院所、高等院校和高新企业抛来的57
 
 

今年1月20日以来,京北雁栖湖畔,这处曾经名不见经传的京郊田园,忽然陆续收到海内外36家科研院所、高等院校和高新企业抛来的57份预约申请。这些申请青睐的是藏身于此的综合极端条件实验装置。

五年磨剑,锋刃初试。1月20日正是它广发“英雄帖”,面向国内外用户开放预约使用的日子。

高能同步辐射光源建设图。 张文超摄

综合极端条件实验装置的东方,地球系统数值模拟装置也已建成运行,高能同步辐射光源、子午工程二期正在进行设备安装,多模态跨尺度生物医学成像设施基建工程预计今年全面竣工。这5个大科学装置所在的地方,有一个响亮的名字——怀柔科学城。

国际科技创新中心是中央赋予北京的“四个中心”城市战略定位之一,也是北京“五子”联动格局的关键一环。怀柔科学城肩负着在基础科学领域固本强基的重要使命,随着综合极端条件实验装置等大国重器建成运行,这个生机勃勃的城,正向着世界级原始创新策源地发起冲击。

科技工作者越聚越多

科技登峰,人才先行。今朝广发“英雄帖”,背后是中国科学院物理研究所的科研人员们踔厉拓荒。

2017年9月28日,由物理所等承担的综合极端条件实验装置正式启动建设,这是怀柔科学城第一个开工的国家重大科技基础设施。尽管按照进度时间表,综合极端条件实验装置要到2022年才能全面投用,但科研人员却有些迫不及待,他们边建设边运维。2020年10月,中科院物理所怀柔园区正式启用,5个实验组、150余名科研人员“抢跑”进入工作状态。

搬到怀柔科学城奋战至今,中科院物理所研究员石友国终于可以拍着胸脯说:“这是我们梦想中的实验室!”在他的实验室里,大小不一、形状各异的炉具一字排开,炉内温度在控制面板上实时更新显示:低则几百摄氏度,高到一千多摄氏度。石友国戏称,这是自己的“炼丹房”。炉里放的不是药材,而是单晶。“单晶是不少材料课题组研究的基础物质,将基础化学物质进行配比并封存在试管中后,投入实验炉具高温炼制,少则7天,多则一月,就能制作出不同成分的单晶。”石友国说,以前的研发实验场地空间有限,设备也不够使,检测样本需要预约排队,大量的样本只有5%左右可以检验。如今,他的团队实验室面积扩充了4倍多,实验炉足有100多台,开展科研任务的效率得到了极大提升。

同属物理所的赵怀周团队与石友国有着同样感受。搬到怀柔科学城后,他们得以设计出国内首台热挤压碲化铋材料的试验样机。“过去我们一直在研究这种被国外‘卡脖子’的新材料,但受限于以前的场地条件,一直没制作出样机。”赵怀周说,自从团队“解锁”了制作这种材料的新技术后,多家热电芯片制作企业抛来橄榄枝。

战友们越聚越多。伴随科学城的建设与发展,目前已有中科院高能物理所、国家空间科学中心等18家科研院所入驻怀柔,雁栖湖畔、青山绿水间开展工作的科研人员超过3000人。

未来,并肩作战的还会有海外同行。

综合极端条件实验装置集极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件为一体,一共有18个实验站。今年1月20日,首批通过性能工艺测试的5个实验站启动普通课题申请,通过中国科学院重大科技基础设施共享服务平台面向全球用户开放预约。“申请者既有来自国内各大高校及科研院所的,也有不少来自国外的科研团队。”综合极端条件实验装置运营管理负责人、中科院物理所怀柔研究部办公室主任杨翠介绍,“目前首轮课题申请和评审工作已初步完成,即将正式迎接用户来访。第一轮开放已收到57份普通课题申请,包括36家国内外科研院所、高等院校和高新企业的一线科研团队。”

高能同步辐射光源效果图。

致力“从0到1”的突破

一位位科研人员,犹如一颗颗火种,聚到怀柔科学城,合为燎原之焱,他们要照亮的是科学“无人区”、实现更多“从0到1”的突破。大科学装置,正是他们探幽索隐的利器。

走进综合极端条件实验装置的实验大厅,两层楼高的宽敞空间里,一组组设备分布在不同区域,组成一个个实验站,如成人胳膊粗的管道连接着各项仪器。“这些都是输送液氦的管道,眼前这栋楼是量子计算中心,主要研究在极低温和强磁场两种极端条件下的物质反应,液氦正是用来制冷的。”工作人员介绍,在物理学领域,有一个绝对零度的概念,即-273.15℃。通俗来讲,代表冷到不可能再冷了的最低温度,而在量子计算中心,能做到仅比绝对零度高0.001℃。“这是世界领先水平。”工作人员说,“在这种极低温条件下,能观察到物质丰富的表现形式,比如量子态,进而实现量子计算。”

新物态的探索和调控一直是物理学研究的主要内容,是物理研究赖以造福人类社会的主要途径,因而具有重要的战略意义。比如调控水的状态把水变成水蒸气,人类发明了蒸汽机,掀起了第一次工业革命;调控电磁场的状态,人类开启了第二次工业革命,进入电气时代;调控电子能带的状态,导致了第三次工业革命——信息化。从物理学的角度,我们希望通过继续调控物质的状态、物质里电子的状态,对第四次工业革命作出贡献。

综合极端条件实验装置帮助人们从新的角度观察世界,另一个大科学装置则是把地球直接搬进了实验室。一路向东,怀柔科学城东扩至密云后,一座名为“寰”的地球系统数值模拟装置落户密云,目前已进入运行状态。地球模拟实验室的展厅里,直径3米的地球“风起云涌”,再现不同时期大气、海洋、植被状况。拾级而上,5层楼高的超级计算机“硅立方”正为其提供算力支持。

“由大气所自主研发的地球系统模式,集成耦合了包含大气、海洋、陆面、植被生态、大气化学、海洋生化、陆地生化在内的7个分系统,能够模拟大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈,打造出一个相对完整的数字版‘孪生地球’。”中国科学院大气物理研究所副研究员张贺介绍,“寰”的问世,打破了美国、日本等发达国家在全球气候变化学术领域的主导权,我们在全球气候变化特别是全球变暖减缓、控制措施等方面有了更强的话语权。

还有更多的科研装置即将运行起来:高能同步辐射光源、子午工程二期正在进行设备安装,多模态跨尺度生物医学成像设施基建工程预计今年全面竣工。作为北京综合性国家科学中心建设的集中承载地,怀柔科学城如今迈入了建设与运行并重的阶段,开展关键核心技术、颠覆性技术攻关。

聚四海之气 借八方之力

不仅是5个大科学装置,怀柔科学城已经陆续布局建设了近40个世界先进水平的科学设施平台项目,成为全国设施平台集聚程度最高、创新资源最丰富的区域之一。这些资源都不是封闭的,它们正敞开怀抱,迎接五洲才俊。

不拒众流,方为江海。习近平总书记曾说过,自主创新是开放环境下的创新,绝不能关起门来搞,而是要聚四海之气、借八方之力。国际合作中更多人使用一项科学设施会让其成本效益最大化,也有助于在交流合作中擦出更多的思想火花,推动科学,特别是基础科学的发展。

怀柔科学城在规划之初就已经把“国际开放共享”写进任务清单。以全球化视野谋划和推进创新,打造高水平开放创新合作机制,拓展国际合作新路径,加速融入全球创新网络,打造国际科技开放合作的重要枢纽,是“十四五”时期怀柔科学城的发展目标之一。

加快形成国家战略科技力量,是北京一直以来的探索。未来,北京将吸引国际科技组织在怀柔布局建设,支持设立实验室、企业技术研究院、研发中心等各类研发机构和技术创新平台;鼓励国内外一流科研机构、研究型大学、创新型企业、国际科技组织,共同设立国际新型研发机构;鼓励支持科学设施平台面向国内外高校、科研院所、企事业单位充分开放共享,围绕物质科学、空间科学、生命科学等基础研究领域,发起国际联合研究项目,集聚国际知名科学家和团队资源,打造具有国际影响力和国际资源吸附力的创新综合体。

科研人员在实验室里开展攻关。

科学+城待贤才

若想广纳贤才,不仅要有过硬的硬件,还需营造贴心的软件。

每天,伴着京东第一缕朝霞,多场低温科技有限公司合伙人邢健与团队成员开始技术攻关。这是一家很年轻的公司,创办时间不长,主要成员均是中科院物理所毕业的博士,目前团队20余人,其中8名全职博士平均年龄不到30岁。但公司的实力却不“嫩”,瞄准高附加值、高技术难度的科研仪器关键部件,产品在世界范围内都处于领先水平。为了冲击更大的市场,这个年轻的团队作出了一个颇有远见的决定,到科学最前沿的地方去。

从北京市区搬来怀柔科学城,邢健和团队成员看中的,不仅有最前沿的科学需求和市场机会,还有为科研人员量身打造的生活空间。

秉持“科学+城”的规划理念,怀柔科学城正在为此而匠心精雕。紧邻大科学装置集中地区,一座老旧厂房摇身一变成为精致时尚的“科学家公寓”。从外表看,公寓保留了厂房原本的钢框架,工业风十足,步入室内,宽敞明亮,舒适温暖,房间布局特意为科学家增加了储存空间、书架,增加长虹玻璃隔断将原有空间进行分割,既能满足会客需求又能保护隐私。休闲区域也增添了不少科技元素,还借用建筑内部空间营造生态小环境,打造绿意盎然的会客区。邢健团队的不少成员就居住在此。

不仅如此,在保障科研生活方面,怀柔区正在研究建立科研人员通勤中转无缝衔接体验,区外实现轨道交通、自驾车、中科院班车高效换乘联动;区内建设定制公交、现有公交、共享单车多元接驳保障体系。员工食堂、西餐厅、咖啡厅、便利店、商超、健身房、图书室、电影院、快递网点、银行等基础设施一应俱全,为科学城内的科研团队提供了全方位服务。

安居方能乐业。怀柔已筹措8000余套各类住房服务科研人员,实现公租房、共有产权房、商品房等不同形式的分层分级供给;青苗国际学校、一零一中学、北京十一学校、中关村一小等优质教育资源将陆续引入,加快北京大学怀密医学中心建设及妇幼保健院迁建,满足老人就医、子女入学、配偶就业等家庭生活所需……

为服务外籍人才办理业务,今年1月怀柔区启用外国人出入境服务厅,实现外籍人才工作许可、工作类居留许可“一窗受理、同时取证”。迎接全世界的科学家和各领域人才,怀柔科学城未来将引进更多国际化机构,包括建立国际学校和中外合作办学、建设国际人才社区、增加国际医疗服务能力等。

美丽的雁栖湖畔,一座迈向世界先进水平的综合性科学中心正敞开怀抱迎接八方宾客,共同推动全球科学技术发展。

科研人员聚集怀柔科学城,在“梦想的实验室”中大展拳脚。

他山之石

全球共探科学秘境

20世纪中叶以来,科学技术发展的突破,都离不开大科学装置。世界各国纷纷投身建立大科学装置的浪潮,以国际化和开放共享的姿态探索科技前沿领域。

全球顶尖科研团队携手攻关,已成为一种国际惯例,开放共享也成为大科学装置的一个显著特点。作为长时间运行大科学装置的世界科技强国之一,德国亥姆霍兹联合会的大科学装置在2015—2017年分别有70.6%、72.6%、71%的机时为外部科学家所用。美国劳伦斯伯克利实验室所拥有的5个大科学装置,同样向社会开放。

眼下,中国正在逐步推进国家重大科技基础设施和大型科研仪器向社会开放,“共享共赢”“国家公共设施”成为大科学装置的本质属性和题中之义。如“天眼”、上海光源、“东方超环”等众多大科学装置已向国际团队敞开怀抱。

 
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