轉自：北京青年報
國家重大科技基礎設施（大設施）是開展基礎研究的「國之重器」，是前沿探索的核心工具和承載平台。
目前，北京在懷柔科學城佈局的重大科技基礎設施平台達37個，組成了全國密度最高的重大科技基礎設施平台集群。
截至2025年年底，累計開放機時達到177萬小時，為全球科研工作者提供了良好的基礎研究條件。
「超級顯微鏡」即將正式開放運行
燕山南麓，雁棲湖畔，一座銀灰色的巨型環形裝置靜臥群山間，從空中俯瞰，如同一面架在大地上的放大鏡。在北京懷柔科學城，我國首台高能同步輻射光源（HEPS），也是亞洲首個第四代同步輻射光源正在從建設階段轉向正式開放運行的準備階段。
「目前機器整體的綜合性能達到了同類裝置的國際領先水平。」中國科學院高能物理研究所研究員、HEPS項目加速器部副主任焦毅在接受採訪時表示。自去年12月啓動試用用戶實驗以來，這台「超級顯微鏡」已承接100餘個單位、290多個課題實驗，合作對象包括北京大學、清華大學、中科院物理所等科研機構，以及寧德時代、比亞迪等行業領軍企業。
今年3月，裝置已面向全球徵集第一輪用戶實驗課題，標誌着從建設調試向正式開放運行準備的重大轉變。從建設到運行，核心挑戰也從「突破極限」轉向「極致穩定」。焦毅打了個比方：「建設階段調試驗收有點像跳高，跳過一次很高的高度就夠了；運行階段需要每天跳幾百次，每一次都要跳過那個高度。」在高能電子束運行的過程中，科研團隊藉助設備每秒要進行2.2萬次操控，確保軌道波動幅度小於一微米，從而穩定產出高能X光。「在試運行的幾個月裏，用戶對出光的質量、穩定性讚不絕口，目前系統已經基本滿足用戶需求。但正式運行是一場長跑，需要我們練就更紮實的基本功。」
大科學裝置在基礎研究中扮演着不可替代的角色。懷柔科學城這座「科學之城」，將建成世界級原始創新承載區。這裏佈局的6個大科學裝置、17個科教基礎設施和14個交叉研究平台中，已有29個進入科研狀態，17個設施平台面向全球開放運行。
「大科學裝置本身其實也是基礎研究的一部分。如果說把最前沿的科學研究看做是最亮的星星，那麼大科學裝置就像是託舉星星的底座，有了這樣一個個平台，才使得很多的前沿研究成為可能。」焦毅認為，高能同步輻射光源這樣的裝置不僅服務於基礎科學探索，更「建立了從基礎研究到實際產業應用的重要橋樑」。
從揭示合金材料在極端條件下的原子排列變化，到解析電池充放電過程中的內部結構演化，再到繪製靈長類腦器官神經連接圖譜，這些原創性突破都離不開大科學裝置的支撐。隨着後續高能同步輻射光源的正式運行，將為更多先進材料、生命科學、航空航天等領域開啓全新的研究路徑。
科學家用月背「盲盒」重寫月球演化史
走進中國科學院地質與地球物理研究所的電子探針與掃描電鏡實驗室，科研人員正聚精會神地操作着掃描電鏡，分析嫦娥六號帶回的月壤樣本。隨着掃描電鏡運作，月壤的組成與結構清晰地呈現在顯示器上，還能根據需要局部放大。
「別看顯示屏中的結構這麼清晰，這些顆粒的實際直徑僅有一兩百微米，大約相當於三四根頭髮絲的粗細。」實驗室主任陳意研究員介紹，「還有更多顆粒的直徑不足十微米。」為了避免細小的月壤顆粒被風吹散，團隊將樣本製作成樹脂光片——用「包埋」方式固定在樹脂中，再反覆拋光，直至樣本裸露出來。「由於月壤硬度高於樹脂，拋光過程中它會自然‘凸顯’在表層，拋光過程中樣本總體損耗很小。」
對月壤的研究離不開精細分工與協同攻關。陳意說：「目前我們所研究嫦娥六號樣品的實驗室就有十幾個。掃描電鏡實驗室主要負責物質成分分析和形貌分析，還有專門進行地球化學、年代學、磁學、力學分析的實驗室等。」正是這種多技術手段的協同作戰，讓月背「盲盒」中的科學密碼得以逐步破解。
今年3月，「嫦娥六號樣品首次揭示月背演化歷史和巨型撞擊效應」入選2025年度「中國科學十大進展」。陳意介紹，該項進展取得了三個首創性發現：一是確立了月球早期大型撞擊歷史，限定月球最古老、最大的撞擊盆地南極-艾特肯盆地形成於約42.5億年前，以及阿波羅盆地形成於約41.6億年前；二是揭示了月幔化學成分與水含量差異——月球背面的月幔相比正面更為「乾燥」，水含量更低，並且鍶、釹同位素更為虧損，推測是南極-艾特肯大撞擊直接改造了其深部月幔性質；三是首次獲得月球背面古磁場信息，對28億年前的玄武岩樣品分析顯示，月球磁場強度在此時期曾發生反彈，而非此前認為的單調衰減，為月球演化研究提出了全新科學問題。
過去半個多世紀，人類構建的月球形成演化模型，都嚴重依賴於月球正面的樣品數據。嫦娥六號帶回的月球背面樣品，首次為人類補齊了月球拼圖的另一半。這一系列成果具有重要里程碑意義，它不僅首次揭示了月球背面的演化歷史，闡明瞭巨型撞擊對月球深部化學性質的影響，還用堅實的證據拓展了月球「二分性」的空間尺度，挑戰了月球磁場「單調衰減」的傳統認知。這在行星科學史上具有開創紀元的意義，標誌着我國在月球科學研究領域已從「跟跑」邁向了部分「領跑」。
目前，關於嫦娥六號樣品的相關研究尚處於起步階段，月球的故事遠未畫上句號。撞擊出的月球深部物質還有哪些尚未被識別？南極-艾特肯大撞擊重塑了怎樣的殼幔結構？它是不是造成月球二分性的「元兇」？月球28億年前古磁場強度突然反彈的根本原因是什麼？「月背研究才啱啱翻開第一頁，」陳意說，「隨着我國深空探測步伐的不斷邁進，未來還有火星和更遼闊的星辰大海，等待着我們去發掘。」
「無液氦」技術改寫全球低溫掃描探針顯微鏡格局
「液氦一天消耗10升，光運行成本就兩三千元錢，實驗還動不動要中斷。」站在懷柔科學城中科艾科米（北京）科技有限公司的車間裏，公司創始人、中國科學院物理研究所研究員、原子製造與真空高端裝備北京重點實驗室主任郇慶回憶起幾年前依賴進口設備的窘境。更令他無奈的是，國外廠商不僅隨意漲價，供貨量也不穩定，「貨期說拖一年就拖一年，你還沒有任何辦法」。這種「卡脖子」的痛，催生了一項世界領先的原創突破。
傳統的低溫掃描探針顯微鏡，必須靠液氦維持4K（4K=-269.15℃）以下的低溫。而中國95%以上的氦資源依賴進口，液氦價格高昂且供應不穩，二、三線城市的科研人員甚至「買不到液氦」。國際上有團隊嘗試打造無液氦的掃描探針顯微鏡（SPM）系統，但大多采用「近端製冷」——把製冷機直接裝在設備上。「製冷機的振動是微米級，而我們的顯微鏡要求皮米級，差了100萬倍。」郇慶說，「國外的無液氦SPM產品只能降溫到6K，溫度偏高，噪音也大。」
為此，郇慶團隊提出了一條全新路徑：「遠端液化」方案。他們把製冷機裝到獨立的腔體裏，將氦氣液化後通過柔性輸液管送到SPM腔，降溫後再循環回來。「原理說起來簡單，但裏面技術細節非常多。」郇慶解釋，當溫度降到2K以下時，氦會進入「超流」狀態——流阻為零，流動不產生任何摩擦力，「噪音進一步減小」。最終，他們實現了只用10到15升氦氣，就能維持3K以下低溫數個月甚至半年以上。
「我們的產品比國外同類型設備的溫度更低、噪音水平更好。」郇慶說。真正讓團隊「一戰成名」的，是中國科學技術大學的案例。「當時中科大團隊採購進口設備受到限制，開會碰到他們時很着急，就決定試用我們的系統。」結果，團隊採用中科艾科米的閉循環無液氦SPM系統採到了三個分子內部的拉曼信號，並觀察到分子骨架，相關成果已發表在國產高端儀器刊物上。此後，該團隊連續訂購了多套系統，還合作開發第二代、第三代產品。
不過在2018年公司註冊初期，也曾面臨着產品推廣的難題。正是懷柔科學城和北京市的支持，幫企業邁過了最難的坎。北京市科委的一筆300萬元項目資金，成為「救命錢」；懷柔區在人才落戶、場地保障上給予特殊支持，讓這支擁有德國、美國名校博士的團隊落了腳。
如今，他所創辦的企業已成為國內高端科學儀器領域的「隱形冠軍」，自成立以來，公司已研發50餘款產品，在國內120餘家科研院所得到推廣和應用，部分產品更遠銷美國、韓國、新加坡等國家。
「高端儀器的研發本身也是基礎研究的一部分，」郇慶表示，「兩者緊密相連，相互成就。高端儀器的原理多基於基礎物理發現，而新儀器又催生新發現——掃描隧道顯微鏡推動了納米科技，冷凍電鏡推動了生物學研究。」在懷柔科學城這片熱土上，依託大科學裝置的集聚優勢，高端科學儀器的自主創新正為科技自立自強注入強勁動力。
本組文/本報記者李曉萌
供圖/受訪者