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"十三五"將建十大重大科技基礎設施 科學儀器從中獲利

    日前,國家發改委官網公布《國家重大科技基礎設施建設“十三五”規劃》。根據該規劃內容,十三五期間將優先布局10個建設項目。

  在大型科學儀器領域,大型光學紅外望遠鏡、硬 X 射線自由電子激光裝置、多模態跨尺度生物醫學成像設施、超重力離心模擬與實驗裝置等值得期待。

  一:空間環境地基監測網(子午工程二期)

  空間環境地基綜合監測網是開展空間天氣研究、保障國家空間活動和空間安全 的重要設施。圍繞綜合性、多尺度、長期連續監測我國空間環境 區域性特征和研究日地空間天氣變化規律的科學目標,在子午工程現有常規監測鏈的基礎上,主要建設由相控陣非相干散射雷達、高頻相干散射雷達群、大口徑激光雷達、大規模太陽射電陣 等組成的先進探測系統,形成覆蓋全國的“兩橫兩縱”地基監測網,具備百公里級空間分辨、實時獲取 30 余種空間環境要素的日地空間天氣全過程探測能力。設施建成后,可成為國際上綜合性最強、覆蓋區域最廣的先進地基空間環境監測網,促進我國空 間環境的認知水平和應用保障能力進入國際先進水平。

  二:大型光學紅外望遠鏡

  大型光學紅外望遠鏡是開展天體物理研究必備的核心基礎設施之一。圍繞宇宙各層次天體起源 和演化、極端宇宙條件物理、由宇宙結構形成揭示的暗物質和暗能量性質及引力波源光學對應體等重大前沿研究需求,優選臺址,建設一架 12 米級口徑光學紅外望遠鏡,具備多目標、暗天體高分辨成像和光譜觀測的精測能力,最暗天體成像極限亮度達 到 28 星等,最暗天體光譜極限亮度達到 25 星等。設施建成后,可使我國光學極限探測能力處于國際領先行列,大幅提升天文觀測重大發現的綜合能力,同時為相關領域的前沿研究提供重要支撐,帶動我國先進光學技術的創新發展。

  三:極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施

  極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施,對開展暗物質直接探測、無中微子雙貝塔衰變、宇宙重核形成等基礎科學前沿研究具有重大意義。優選地址建設該設施,主要包括:垂直巖石覆蓋大于2300米、宇宙線通量小于每年每平方米100個、容積大于30萬立方米的實驗空間;大型液氮低溫輻射屏蔽與高純鍺反符合裝置;大 型常溫純凈水輻射屏蔽與液氙自屏蔽裝置;組合式固體輻射屏蔽裝置;微貝克每公斤量級的輻射本底測量與分析裝置等。設施建成后,可為粒子物理與核物理及相關領域重要科學問題研究提供極低宇宙線通量和極低環境輻射本底的實驗條件,為建設國際領先水平的研究中心奠定基礎。

  四:大型地震工程模擬研究設施

  建設大型地震工程模擬研究設施,開展復雜巖土介質與水環境中地震災害及防控模擬,對揭示地震引起的自然環境和工程災變機理,防范自然災害,保障土木、水利和海洋等重大工程的安全具有重要意義。設施主要建設內容包括:移動組合式三向六自由度地震模擬振動臺臺陣系統、工程地震災害數字仿真系統及配套設施等,單臺最大載重 1350 噸以上,滿載最大加速度 20 米每平方秒,具備可靠模擬多點多維地震差動、大比尺和足尺模擬工程地震災害的能力。設施建成后,可大幅提升我國防災減災原始創新能力,為提高我國地震災 害的防范水平提供重要支撐。

  五:聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施

  核聚變能是解決人類能源問題的根本出路之一。建設多場耦合環境下的聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施,對保障我國聚變堆的先進性、安全性 和可靠性,加快聚變能實際應用進程具有重要意義。設施主要建設最大粒子通量達到 1024每平方米每秒的偏濾器物理、材料和部件研究系統,以及最高背景場達到 15 特斯拉的超導導體和磁體研究系統,為聚變堆主機關鍵系統研究提供粒子流、電、磁、熱、力等極端實驗條件。設施建成后,可成為國際聚變領域參數最高、功能最完備的綜合性研究平臺,為我國開展聚變堆設計及核心部件研發、熱與粒子排除關鍵問題研究、大規模低溫和超導技術研究、強流粒子束與基礎等離子體研究、深空推進探索等提供強大的技術支撐。

  六:高能同步輻射光源

  高能同步輻射光源是基礎科學和工程科學等領域原創性、突破性創新研究的重要支撐平臺。圍繞航空材料、武器物理、工程材料全壽命周期等國家安全和工業應用相關研究,以及能源、環境、生命科學等基礎研究對高亮度、 高能量 X 射線的緊迫需求,建設高能同步輻射光源,主要包括注入器、儲存環、光束線、實驗站以及輔助設施。儲存環能量達6千兆電子伏,發射度優于0.1 納米弧度,高性能光束線站容量不少于90條,提供能量達300 千電子伏的 X 射線,具備納米量級空間分辨、皮秒量級時間分辨、毫電子伏量級能量分辨能力。設施建成后,可滿足前沿科學和工程應用等領域的研究需求,成為國際領先的高能同步輻射光源試驗平臺,為提升我國科學、技術創新能力提供有力的支撐。

  七:硬 X 射線自由電子激光裝置

  X 射線自由電子激光具有超高峰值亮度、超短脈沖、高度相干等優異性能,是實現科學突破與技術創新的研究利器。為滿足材料、能源、環境、物理與化學、生命及醫藥等領域的創新研究對高亮度相干X 射線光源的迫切需求,建設硬 X 射線自由電子激光裝置,主要包括: 高性能電子直線加速器、高亮度自由電子激光放大器、光束線和 四維探測綜合實驗站等,具備電子能量大于 6 千兆電子伏、光子能量高于 12 千電子伏、及飛秒級時間分辨和納米級空間分辨的 能力。設施建成后,總體性能可達到國際領先水平,與現有同步輻射光源形成優勢互補,為解決科學前沿和國家戰略需求中的重 大科學問題提供有效手段。

  八:多模態跨尺度生物醫學成像設施

  生命體結構與功能跨尺度的可視化描繪與精確測量對生物醫學研究取得革命性突 破具有重大意義。以打通尺度壁壘、整合多模態信息、精準描繪 生命活動時空過程為科學目標,建設多模態跨尺度生物醫學成像設施,主要包括:以亞納米分辨光電融合技術為代表的多模態高分辨分子成像裝置、以毫秒分辨顯納成像為代表的多模態活體細 胞成像裝置、以超高場磁共振成像為代表的多模態醫學成像裝置以及全尺度圖像整合系統,具備全景式揭示基因表達、分子構象、 細胞信號、組織代謝及功能網絡的時空動態和內在聯系的能力。 設施建成后,可通過光、聲、電、磁、核素、電子等模態的融合,實現從埃到米、微秒到小時的跨尺度結構與功能成像,為我國生物醫學研究提供先進的、全方位的觀測手段,促進我國生物醫學 成像技術的創新發展。

  九:超重力離心模擬與實驗裝置

  超重力環境可以增大多相介質體積力和相間相對運動驅動力,是研究巖土體大尺度演變和災變、地下環境長歷時污染必不可少的實驗手段,也是研究材料相分離效應的極端物理條件。圍繞實驗再現巖土體大尺度演變和災變及加速材料相分離的科學目標,建設超重力離心模擬與實驗裝置,主要包括:最大加速度 1500g、最大負載30噸、加速度和負載可控可調、容量 1500g·噸的超重力離心機,以及深地與深海、場地地震、邊坡與高壩、地下環境、地質構造、材料制備等超重力實驗艙,具備單次實驗再現巖土體千米尺度演變與災變、污染物萬年遷移及獲取千個材料共晶成分的能力。設施建成后,可為深地深海資源開發、重大工程防災、廢棄物地下處置、 新材料制備等領域的研究提供有力支撐。

  十:高精度地基授時系統

  授時系統是國家重要科技基礎 設施,對科學研究、國家安全和基礎產業具有重要意義。為進一 步提高我國授時系統的安全性、可靠性和授時精度,建設與星基授時系統相對獨立、互補增強、融合共用的高精度地基授時系統, 主要包括:增補完善增強型羅蘭授時系統,實現長波授時信號的全國土覆蓋,重點區域授時精度優于百納秒;利用通信光纖網建 設覆蓋主要城市和重要用戶的高精度光纖時頻傳遞骨干網,時間 傳遞精度優于百皮秒,頻率傳遞精度達到 10 -19 量級。設施建成后,與星基授時系統一起構成我國星地一體化授時系統,可為精 密測量物理、精密時頻技術等科學研究提供重要實驗平臺,支撐 經濟社會和國家安全的長遠發展。

  值得注意的是,并不是這10個項目就一定會在十三五期間開建。在制定規劃時,專家組確定了20項建設需求。規劃將專家組投票排名前10位的建設需求列為優先項目,將排名11-15位的建設需求列為滾動調整的“后備項目”。

  預計在2018年進行中期評估,屆時將對不具備建設條件、無法按時開工的項目調出規劃,并通過專家綜合論證程序,及時從“后備項目”中擇優替補。

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