大科学工程与中国高新技术产业发展的关系 | 对撞机的对话4

►对撞示意图。来源：CMS

撰文 | 徐庆金（中国科学院高能物理研究所）

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杨先生近日在《知识分子》发表题为《中国今天不宜建造超大对撞机》的文章，反对我国目前建设大型粒子对撞机项目，其中的几条反对意见，看到后不敢苟同。本人国内工科博士毕业，后前往国外加速器实验室工作数年，于两年前回国。从研究生时期起参加北京正负电子对撞机二期 （BEPCII）工程项目建设，在国外工作期间参加欧洲核子研究中心 （CERN）大型强子对撞机高亮度升级项目 （HL-HLC）超导磁体技术预研，对应用超导技术领域及粒子加速器领域颇为熟悉，斗胆班门弄斧，与杨先生及有关专家就杨先生文中的“第二条”做深入探讨。所讨论的议题，均在我的专业背景所涉及范围内，以保证所有素材及结论的可信性。当然，尺有所短，寸有所长，文中难免有错误之处，但求起到抛砖引玉的作用，希望大家批评指正。

杨先生在《中国今天不宜建造超大对撞机》一文中提到：

“（二）今天全世界都惊叹中国GDP已跃居世界第二。可是中国仍然只是一个发展中国家，人均GDP还少于巴西，墨西哥或马来西亚，还有数亿农民与农民工，还有急待解决的环保问题，教育问题，医药健康问题，等等。建造超大对撞机，费用奇大，对解决这些燃眉问题不利，我认为目前不宜考虑。”

我理解并同意杨先生的出发点，民生始终是最重要的问题，但由此能否得出中国今日不应建设对撞机的结论？我没有得出直接的因果关系。我斗胆猜测，杨先生的意思是国家应该把建设对撞机的经费直接用在民生上，解决民生问题。这看似直截了当，但是不是最好的解决方案？十年四百亿人民币的费用并不是个小数目，怎么把它用到极致，需要国家三思而行。我们可以直接将其用在民生问题上，或者再直接一点：十亿民众，每人每年发放四块钱！但这样民众得到了什么？短期来看，确实每位国人都有收获，每年收入增长四块钱；而从长远来看，这每年四块钱的收入增长又会对每位民众的长期发展产生什么积极影响？

倘若我们换一种方式：把这四百亿放在一起，建设一个集成各种世界最前沿科技的粒子加速器/对撞机，是否会对我们大家的长期发展产生更重要的作用呢？我国经济经过三十多年的高速发展，现已进入一个新的时期。依靠技术含量较低的低端产业，已经无法再继续发展下去。如何推动我国经济稳定、健康地发展？个人认为只能依靠高新科技推动各个行业的技术创新，为国民经济的发展注入持续且强劲的动力。

那么，建造粒子加速器/对撞机能不能带动我国高新科技的发展？以我所在的超导技术领域为例，答案是肯定的。

超导现象一百多年（编者注：1911年）前就已经被发现，但直至上个世纪七十年代，依然没有得到广泛的应用，主要原因可以归结为超导线材不成熟的制作工艺以及高昂的造价。上世纪七十年代末，美国费米实验室 （FermiLab）得到政府批准，使用超导技术升级粒子加速器TEVATRON。TEVATRON的升级建设需要数量庞大的NbTi超导线材用以制作数百个超导磁体。巨大的市场需求吸引了各主要超导线材研究单位及企业的注意力，并不断加大研发力量，大幅度提高了超导线材的性能，以满足TEVATRON建设的需要。

与此同时，由于线材的性价比得到了明显提高，超导技术大规模应用的大门由此开启：在以后的数年，基于NbTi超导技术的医用核磁谱仪 （MRI）得以广泛推广。上世纪八十年代，欧洲开始提议建设大型强子对撞机 （LHC），并开始了相关超导磁体技术预研，带动了整个欧洲相关超导技术企业的快速发展。目前全球MRI市场约为每年300亿人民币，但遗憾的是，90%以上的市场份额被美国及欧洲的三家公司占据（通用电气，西门子，飞利浦）；强大的技术积累及研发历史，使它们享有着这个产业最丰厚的利润。

大科学工程引领超导技术发展的实例，不仅发生在国外。过去十年，我国参与了位于法国的国际热核聚变实验堆（ITER）项目，并投资十亿美元，负责为ITER生产超导线材、电缆及超导线圈等组件。这期间，中国从无到有，培养并打造了一批国内的超导技术研究力量及企业。如西部超导公司，通过参与ITER项目，已经掌握了具备国际一流水平的超导线材生产技术；在ITER项目建设接近尾声后，成功转型为MRI磁体超导线材供应商；同时，西部超导在此过程中还成为国家急需的钛合金材料的主要制造者。相信有了过去十年参与国际最前沿科技工作的积累，西部超导的未来可以走得更远。我国产业如何实现从低端到高端的技术升级，占据高端产业链？我认为，西部超导公司树立了一个典范。

我国在超导材料及机理研究方面一直处于国际一流水平，如上世纪八十年代末，赵忠贤先生带领的团队发现液氮温区高温超导材料，并获国家自然科学一等奖。然而可惜的是，在高温超导材料的应用研究方面，国内却与国外水平相差巨大，高温超导材料市场基本被美国、欧洲、日本及韩国企业占据。没有明确应用目标的引领，使我国错失了在高温超导应用领域占据一席之地的机会。2008年，赵忠贤院士团队以及陈仙辉院士团队发现了40K以上新型铁基高温超导体。铁基超导材料因其潜在的机理上的优势，有希望大幅度改善高温超导材料的性价比，推动高温超导技术的广泛应用。但如果缺乏一个目标明确的应用项目引领，超导线材的研制方向以及投入力量等方面将存在非常多的不确定性，可能会使我国再次错失占据新型高温超导技术领域一席之地的机会！

中科院高能所提议建设的CEPC-SPPC项目，在二期 （SPPC）建设的过程中，需要数千个高场强超导磁体偏转质子束流。此项目为超导技术研究单位及企业提供了一个目标明确的市场需求，必将推动相关企业和研究单位加大力量，更加精准地提高线材的性能以及提升线材的性价比，以达到项目所提的要求。事实上作为CEPC-SPPC项目关键技术预研的一部分，高能所正在联合国内相关研究单位及企业，计划成立“实用化高温超导材料产学研合作组”，以促进国内相关大学、科研院所及企业在高温超导领域从材料、机理、制备到应用的全链条合作，推动高温超导技术的实用化和产业化进程。二十年后，SPPC项目建设时（如果得到国家批准），性价比得到大幅提升的新型高温超导材料，不仅可以用在粒子加速器上，还有望广泛应用到更高性能的核磁共振装置、电机、电力工业（变压器、限流器、储能）等很多方面。这将引领相关领域的产业革命，推动我国在更多的产业全面掌握国际最领先技术，占据产业链高端位置，为我国国民经济的持续健康发展，为我国真正成为一个技术强国做出贡献。

由此可以看出，不是所有的经费直接用在民生上就是最好的选择。通过建设综合了各种高精尖技术的大科学工程项目，如CEPC-SPPC等，可以带动国内一大批中低端产业的技术升级，建立起更多的高新技术企业，并为广大国民提供更多的高质量就业机会，为我国今后几十年的健康稳定发展提供强大的科学技术保障，这才是目前我国迫切需要开展的工作。

对撞机的对话 系列

2016-09-04

2016-09-05

2016-09-07

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