作為綜合性國家科學中心的承載區(qū)——北京懷柔科學城目前正在加速建設(shè)。先期布局的五大科學裝置穩(wěn)步推進，部分裝置今年有望投入正式運行。下面就跟隨總臺記者的鏡頭一起去探訪一下這些大裝置。
在北京懷柔科學城，我國首臺高能同步輻射光源的建筑主體已經(jīng)完成建設(shè)，其內(nèi)部正在進行科學儀器的安裝和調(diào)試。
中國科學院高能物理研究所高能同步輻射光源工程總指揮 潘衛(wèi)民：現(xiàn)在我們正在攻堅1.36公里的儲存環(huán)。這個儲存環(huán)要在今年7月份開始調(diào)束，年底爭取出光。
高能同步輻射光源是世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一。從空中看這個建筑就像一個放大鏡，特別的是，這個放大鏡可以發(fā)射比太陽亮1萬億倍的光。通俗講，亮度越高意味著看得更清楚，在這里可以更深層次地解析物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和演化機制，提升我國國家發(fā)展戰(zhàn)略與前沿基礎(chǔ)科學技術(shù)領(lǐng)域的原始創(chuàng)新能力。
中國科學院高能物理研究所高能同步輻射光源工程總指揮 潘衛(wèi)民：以前我們有這樣的同步輻射光源，但是看物質(zhì)某些方面還不那么清楚，特別是深入的一些物質(zhì)內(nèi)部包括一些非常微觀的結(jié)構(gòu)，還有整個變化的周期全過程，我們看不到，通過這個光源我們可以看到了，同時也可以看到物質(zhì)演化整個周期，把這物質(zhì)的性能提升，進而（可能）產(chǎn)生新的物質(zhì)。
與此同時，多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設(shè)施、子午工程二期等國家大科學裝置，都將努力在今年完成國家驗收并投入正式運行。國內(nèi)外科學家的國際化公共服務(wù)中心——城市客廳的建設(shè)目前也已進入收尾階段，即將亮相。
集極低溫 強磁場 超高壓 超快光場于一體
人們對物理世界極限的探尋從未停止。如果說高能同步輻射光源項目是在追求地球上最亮的光，那與它相鄰的“中國科學院物理研究所綜合極端條件實驗裝置”追求的則是地球上最低的溫度、最高的壓力、最強的磁場和最快的光場，幫助我們進行前沿科學研究。
“綜合極端條件實驗裝置”是國家十二五重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，集極低溫、強磁場、超高壓、超快光場等極端條件于一體。利用這些極端條件，可以開展材料合成、物性表征、量子調(diào)控、超快過程等物質(zhì)科學的前沿研究。
中國科學院物理研究所副所長 研究員 程金光：我們這個裝置的建設(shè)的初衷就是要解決一些科學難題，像包括高溫超導(dǎo)的機理、室溫超導(dǎo)體以及新奇的量子現(xiàn)象等，這些非常前沿也非常難的一些科學問題。
“綜合極端條件實驗裝置”項目自2017年9月30日開工建設(shè)，是懷柔科學城第一個開工的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。目前已經(jīng)進入試運行階段，并向國內(nèi)外用戶開放申請，已經(jīng)取得一批重要的科研成果。
中國科學院物理研究所副所長 研究員 程金光：我們一共征集到了國內(nèi)外100多家單位700多個課題，目前已經(jīng)有一些用戶陸續(xù)到我們實驗站上來開展合作研究，重要的科研成果包括分數(shù)量子反?；魻栃?yīng)、鎳基高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)以及去禁閉量子臨界點等等。
從生物分子到人體的全尺度都可“拍照”
在北京懷柔科學城中，我國首創(chuàng)的生物醫(yī)學領(lǐng)域的大科學工程——多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設(shè)施已經(jīng)投入試運行，目前設(shè)備陸續(xù)進場，整體布局日益完善，將可提供從生物分子到人體的全尺度多模態(tài)成像能力。
多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設(shè)施是全球首個多模態(tài)、全尺度、全景式、一體化的生物醫(yī)學成像技術(shù)集群大型設(shè)施，也是由我國科學家首創(chuàng)的生物醫(yī)學成像領(lǐng)域的大科學工程。主要建設(shè)內(nèi)容包括四大裝置，即多模態(tài)醫(yī)學成像裝置、多模態(tài)活體細胞成像裝置、多模態(tài)高分辨分子成像裝置、全尺度圖像數(shù)據(jù)整合裝置，提供從生物分子到人體的全尺度多模態(tài)成像能力。
多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設(shè)施副總工程師 孫育杰：各種各樣的物理機制，比如說聲、光、電、磁、力、熱，這些都可以跟我們的物質(zhì)產(chǎn)生作用，這個作用可以通過影像的方式展現(xiàn)出來，進而給出我們要研究對象的結(jié)構(gòu)、過程、功能。多模態(tài)就是你用這種不同的物理原理得到的圖像。我們研究對象從人的米級一直到分子的納米級，跨越9個的空間尺度，上百臺套的設(shè)備，有超過三分之一是我們中國的科學家團隊來研制的。
多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設(shè)施面向生物醫(yī)學的基礎(chǔ)科研和臨床研究需求，用于支撐腦科學、腫瘤、心血管疾病等生物醫(yī)學問題研究。
多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設(shè)施副總工程師 孫育杰：我們生理的、病理的這些宏觀的表現(xiàn)，它都對應(yīng)著精細的微觀的分子機制，所以我們必須要有能力看到細胞里的這些過程，才能去理解疾病是怎么發(fā)生的，進而去設(shè)計治療方案，發(fā)展新的藥物。
目前，多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設(shè)施的二期建設(shè)內(nèi)容，分子影像與醫(yī)學診療探針創(chuàng)新平臺正在加速推進，建成后將助力成像設(shè)施全功能運行和技術(shù)轉(zhuǎn)化，全景式研究和解析生物醫(yī)學重大科學問題。
打造“虛擬地球” 可研究全球氣候變化
作為國家先期在懷柔科學城布局的5大科學裝置之一——我國自主研發(fā)的首個地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置已完成國家驗收，并正式對外開放使用，這一裝置將為全球氣候變化、環(huán)境保護等重大問題提供科技支撐。
地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置，又稱“地球模擬實驗室”，是我國首個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬平臺。它通過集成大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈和生物圈等多個地球系統(tǒng)圈層的數(shù)值模擬軟件，構(gòu)建了一個綜合性的研究平臺。
地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置地球系統(tǒng)模式運行部負責人 張賀：地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置實際上是由軟件和硬件兩部分組成的。它的硬件是一個超級計算機，它的核心實際上是軟件，我們把它叫做地球系統(tǒng)模式。用通俗的話來理解，就是數(shù)學物理模型把我們這個軟件放到硬件上面去，從而可以模擬地球的過去，再現(xiàn)地球的現(xiàn)在，并且預(yù)測地球的未來。
地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置不僅可以廣泛應(yīng)用于氣候變化研究、環(huán)境監(jiān)測與評估和自然災(zāi)害預(yù)測等領(lǐng)域，在當下最為緊迫的氣候變化應(yīng)對與碳中和領(lǐng)域中，該系統(tǒng)還能夠全方位關(guān)注全球生態(tài)和生物地球化學過程及其與氣候系統(tǒng)的相互作用，并在此基礎(chǔ)上建立起“生態(tài)—氣溫—二氧化碳濃度—碳排放量”的清晰關(guān)系，對溫室氣體核算、未來升溫預(yù)估提供有力的模擬支撐，助力碳達峰、碳中和愿景目標的實現(xiàn)。
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