美國能源部近日發(fā)布了2003年設立的大科學裝備計劃的最新中期報告。報告顯示,該計劃已經(jīng)在配置科學裝備與儀器方面取得明顯進展。
該計劃4年前發(fā)布時,它是第一個寬范圍、跨學科、跨國的科學裝備計劃。直至今日,該計劃依舊成為其它致力于發(fā)展制定科研裝備路線圖的國家和地區(qū)的樣板。
該計劃列出了28項新科學裝備,并對當前的裝備設施進行升級改造,明確了未來20年科學辦公室支持的各領(lǐng)域科學研究。這些科研領(lǐng)域包括:聚變能、先進科學計算、材料科學、生物與環(huán)境科學、高能物理、核物理等。這些裝備與設施是按照它們的科研重要性以及建造的難易程度來排序的,跨越科學的各個領(lǐng)域。
美國能源部主管科技的副部長奧巴赫在該報告中談到,美國制造、維護并使用世界領(lǐng)先的科學裝備,是美國在科研領(lǐng)域保持領(lǐng)先的關(guān)鍵因素。這種領(lǐng)先地位以及隨之轉(zhuǎn)化出來的科學新發(fā)現(xiàn),都是美國在新世紀面對來自全球經(jīng)濟競爭和能源安全新挑戰(zhàn)的至關(guān)重要的應對手段。奧巴赫說,中期報告的目的是要給美國的公民、立法者一個通俗易懂的對科學裝備計劃的階段總結(jié),進而對該計劃以及決策過程進行評估、分析和審查。
中期報告羅列了28項優(yōu)先設施,這些設施按照今后20年里近期、中期和遠期的優(yōu)先等級分類,這種分類方式是按照研發(fā)投入的時間分布來制定的。
該計劃的設計是為了起到一個路線圖的作用,提供一個戰(zhàn)略框架和長期視野,為每年能源部的政策與資助決策提供指導方針。在該計劃的執(zhí)行過程和計劃設施的配置中,已經(jīng)取得了明顯的進展,例如:在2003年排名第一的國際熱核聚變計劃(ITER)。該計劃旨在利用類似太陽等恒星的能量轉(zhuǎn)換方式——聚變能來發(fā)電。當時該計劃還處于談判協(xié)商階段。在2006年末,美國同六個國際合作伙伴簽署了ITER協(xié)議,并計劃在2008財年開始建造一個大規(guī)模的實驗性的聚變反應堆。
在計劃中排名第二位的是超級科學計算裝備。該計劃旨在增強為進行開放式科學研究需要的超級計算能力。目前,能源部在世界民用超級計算領(lǐng)域已處于領(lǐng)先水平,能源部的超級計算機能幫助科學家研究燃燒過程、分析氣候變化數(shù)據(jù)、揭開催化劑的化學機理、研究超新星的爆發(fā)等。排名第三位的裝備叫直線性連續(xù)加速器光源(Linac Coherent Light Source),簡稱LCLS,目前已開始在加州斯坦福大學直線加速器中心建造。該計劃已獲準于2009財年開始運行。LCLS將成為全球首臺X射線自由電子激光器。這種激光器能幫助科學家首次觀測到實時的分子水平的化學反應。這一進展具有廣泛的潛在應用價值,比如應用在醫(yī)學、藥學、電子學、材料科學、納米技術(shù)等領(lǐng)域。
奧巴赫同時指出,當代的科學技術(shù)正經(jīng)歷著變革,能源部科學辦公室通過重新排定優(yōu)先領(lǐng)域,來反映科學技術(shù)的最新進展。例如一些計劃中的設施加速推進,一些重新定位,另有一項則被終止。
2003年國家同步加速器光源計劃(NSLS—Ⅱ),是第一種下一代同步加速器,當時其科學應用價值排名靠前,但由于執(zhí)行難度較大,最終影響了它的排名。在04年進行復議時,世界上該領(lǐng)域的權(quán)威科學家給予該項目很多積極評價。能源部在05年批準了該裝備計劃,并于07年將該裝備部署在布魯克黑文國家實驗室,07財年開始項目工程和設計。NSLS—Ⅱ?qū)⒃谏锟萍?、納米技術(shù)和極端條件下的材料研究等領(lǐng)域內(nèi)廣泛應用。
一萬億電子伏加速器中粒子特性裝備(BTev)計劃排名12位。該計劃是用來研究物質(zhì)與反物質(zhì)的平衡性。它的建設周期被延誤,并落后于歐洲的一臺同類裝備(LHC-b),該計劃最終在2005年被取消。
美國能源部科學辦公室在大科學裝備的概念、設計、操作運行方面位居世界前列。這些裝備包括粒子加速器、同步轉(zhuǎn)換光源、超級計算機、高速網(wǎng)絡、基因測序儀等,分別設置在大學和國家實驗室,對世界范圍的研究人員開放,每年為21500名科研人員使用。美國的科研人員在過去的六十年中,利用這些復雜的大科學裝備取得了豐碩的科研成果。
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