大科學(xué)工程對成德綿區(qū)域科技產(chǎn)業(yè)的輻射引領(lǐng)作用※
——以新時代激光聚變研究為例

●王傳珂 淡晶晶 劉 蘭 曾 剛

大科學(xué)工程是面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求，對加快相關(guān)領(lǐng)域科技創(chuàng)新，掌握全球科技競爭先機(jī)具有重要意義的重大科技項(xiàng)目或工程[1-3]。激光聚變研究[4-6]涉及多種學(xué)科，耦合幾十項(xiàng)甚至上百項(xiàng)高新技術(shù)、創(chuàng)新研究，具有明確的國家戰(zhàn)略需求、明確的科學(xué)工程目標(biāo)、明確的研究周期和研究經(jīng)費(fèi)，屬于典型的大科學(xué)工程的范疇。

激光聚變的基本原理[4-6]是，由幾十路甚至幾百路激光構(gòu)成的巨型點(diǎn)火裝置，同步輸出持續(xù)時間幾納秒的高功率激光，直接輻照（或通過厘米量級的金黑腔轉(zhuǎn)化為X射線后間接輻照）約2毫米左右胡椒粒大小、裝有冷凍氘氚燃料的內(nèi)爆靶丸上，燒蝕靶丸外殼并通過類似火箭噴射的反作用力引起靶丸內(nèi)爆，創(chuàng)造出超高溫度、密度和壓強(qiáng)的極端物質(zhì)條件，實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火和燃燒，釋放出聚變能量。隨著激光慣性約束聚變研究的發(fā)展以及人們對慣性聚變能的探索，世界上許多研究機(jī)構(gòu)正在或者計(jì)劃建造大型激光裝置[7，8]，驗(yàn)證點(diǎn)火燃燒關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步開發(fā)聚變能，主要代表是美國2009年建成的國家點(diǎn)火裝置（NIF、192束激光）、正在建設(shè)的法國兆焦耳激光裝置（LMJ、240束激光）和我國2015年建成的神光-Ⅲ裝置[9，10]（SG-Ⅲ、48束激光）。神光-Ⅲ裝置的建成使用，標(biāo)志著我國激光聚變研究進(jìn)入了新的歷史時期。

四川是全國全面創(chuàng)新改革試驗(yàn)區(qū)，成德綿區(qū)域的高新技術(shù)與軍民融合是四川試驗(yàn)區(qū)的主要載體。構(gòu)建成德綿地區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶、軍民融合聯(lián)合體對四川和西部地區(qū)知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的實(shí)施和經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變均具有重要意義。羅懷亮[11]在分析成德綿區(qū)域高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶發(fā)展條件的基礎(chǔ)上，探討了成德綿區(qū)域高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶發(fā)展的戰(zhàn)略，提出了相應(yīng)措施。陳麗娜等人[12]分析了成德綿區(qū)域軍民融合產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建了軍民融合協(xié)同創(chuàng)新理論模型。

神光-Ⅲ裝置建在中國工程物理研究院，坐落于中國唯一的科技城四川省綿陽市。新時代激光聚變研究涉及眾多的科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)并將持續(xù)輻射成德綿區(qū)域高新技術(shù)與軍民融合產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，引領(lǐng)相關(guān)學(xué)科（傳統(tǒng)學(xué)科與交叉學(xué)科）和基礎(chǔ)科研方面的蓬勃進(jìn)步，這些發(fā)展和進(jìn)步也必將在成德綿區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中產(chǎn)生重大效益。

一、新時代激光聚變研究的重要意義

新時代激光聚變研究是新時代國家增強(qiáng)戰(zhàn)略實(shí)力的重要支撐。新時代激光聚變研究是我國提升綜合科技實(shí)力發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，是建設(shè)社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國藍(lán)圖的必然要求。新時代激光聚變研究承載著加快激光慣性約束聚變領(lǐng)域科技創(chuàng)新，掌握全球科技競爭先機(jī)的重要使命。新時代激光聚變研究將進(jìn)一步夯實(shí)相關(guān)領(lǐng)域科技研究的基礎(chǔ)，確保我相關(guān)領(lǐng)域科研能力、生產(chǎn)能力、管理能力和人才可持續(xù)性發(fā)展。

新時代激光聚變研究是新時代國家搶占創(chuàng)新前沿的重要標(biāo)志。新時代激光聚變研究的建設(shè)與運(yùn)行是我國搶占世界科技創(chuàng)新前沿的現(xiàn)實(shí)需要，是加快建設(shè)創(chuàng)新型國家重要載體。習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)：“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐”。十九大報(bào)告把加快建設(shè)創(chuàng)新型國家作為貫徹新發(fā)展理念，把堅(jiān)定實(shí)施科教興國、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略作為決戰(zhàn)全面建成小康社會的重大舉措，把科技實(shí)力大幅提升，躋身創(chuàng)新型國家前列作為到2035年要實(shí)現(xiàn)的重要目標(biāo)。

新時代激光聚變研究是新時代國家推進(jìn)軍民融合的重要平臺。新時代激光聚變研究是我國趕超高新技術(shù)裝備的現(xiàn)實(shí)需要，是推進(jìn)軍民融合國家戰(zhàn)略的重要平臺。十九大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，軍民融合是國家戰(zhàn)略，既是興國之舉，又是強(qiáng)軍之策。必須抓住歷史機(jī)遇，強(qiáng)化在統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、頂層設(shè)計(jì)、改革創(chuàng)新和重大項(xiàng)目落實(shí)上下功夫。新時代激光聚變研究可以輻射帶動大型精密光學(xué)元件、微納米加工制造、巨型激光工程、復(fù)雜機(jī)電一體化等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

我國神光-Ⅲ裝置[9，10]于2007年開始設(shè)計(jì)，2015年完成建設(shè)，三倍頻能量可以達(dá)到18萬焦耳，是亞洲第一、世界第二的建成在役的高功率固體激光裝置，是我國“十三五”期間激光聚變研究的主力平臺。如大口徑、高質(zhì)量的熔石英和K9光學(xué)材料將達(dá)到世界先進(jìn)水平，通過技術(shù)外延和拓展，也將是高端光學(xué)產(chǎn)業(yè)的需要；如材料的超高純度提純技術(shù)、光刻研磨板設(shè)計(jì)制造技術(shù)、高精度成像等將為高端產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展提供最核心和基礎(chǔ)產(chǎn)品，在打破國際禁運(yùn)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自主可控，還可進(jìn)一步占領(lǐng)國際市場；超高精度光學(xué)元件加工技術(shù)將帶動我國相關(guān)高檔數(shù)控機(jī)床研制升級，如大口徑高精度金剛石車床的研制，可以填補(bǔ)我國空白，打破禁運(yùn)。高精度光學(xué)加工技術(shù)向高端民用產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)轉(zhuǎn)移也前景廣闊，這些技術(shù)向民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，將帶動相關(guān)高端產(chǎn)品研發(fā)，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)升級做出貢獻(xiàn)。

二、新時代激光聚變研究對成德綿區(qū)域?qū)W科建設(shè)的輻射作用

學(xué)科是人才隊(duì)伍、科研基礎(chǔ)設(shè)施、學(xué)術(shù)文化等要素組成的有機(jī)體，是面向國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和國防建設(shè)，長期發(fā)展、沉淀和積累的結(jié)果，是聚集人才、培養(yǎng)人才和開展科技創(chuàng)新的載體。新時代激光聚變研究可以輻射帶動物理學(xué)、光學(xué)工程、核科學(xué)與技術(shù)等15個一級學(xué)科和等離子體物理、光學(xué)、制冷及低溫工程、物理電子學(xué)等50多個二級學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，見表1。通過國家高技術(shù)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目的長期支持，以及神光Ⅱ、神光Ⅲ原型等大科學(xué)工程研制建設(shè)任務(wù)的牽引和帶動，上述學(xué)科都得到了一定的發(fā)展，有力地支撐了新時代激光聚變研究工作。

成德綿地區(qū)是四川科技人才、研究開發(fā)資金和專利申請分布最集中的地區(qū)，為創(chuàng)新系統(tǒng)提供了豐富的創(chuàng)新資源。成都是四川省的政治、文化和經(jīng)濟(jì)中心，也是我國西南地區(qū)重要的科技、金融、商貿(mào)、交通和信息樞紐，具有雄厚的科研實(shí)力。四川大學(xué)在等離子體物理、光學(xué)、原子與分子物理、高功率激光技術(shù)、核技術(shù)與應(yīng)用等多方面形成了龍頭學(xué)科與支撐學(xué)科、傳統(tǒng)學(xué)科與前沿學(xué)科、基礎(chǔ)學(xué)科與應(yīng)用學(xué)科并存、互長的良性學(xué)科生態(tài)環(huán)境，為進(jìn)行高水平的研究生教育和培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；電子科技大學(xué)在電力電子與電力傳動、電力系統(tǒng)及其自動化、高電壓與絕緣技術(shù)、脈沖功率技術(shù)、脈沖功率與等離子體等學(xué)科形成了優(yōu)勢學(xué)科群；成都精密光學(xué)工程研究中心、成都光明光電有限公司、國營長征機(jī)械廠等在精密光學(xué)加工光學(xué)制造等方面具有較強(qiáng)的研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)力。德陽是國家重要的工業(yè)城市，是中國重大技術(shù)裝備制造業(yè)基地，擁有中國二重、東方電機(jī)、東方汽輪機(jī)等一批國內(nèi)一流的重裝制造企業(yè)。綿陽是我國重要的電子工業(yè)生產(chǎn)和國防科研基地。神光-Ⅲ裝置建設(shè)地即在綿陽。作為新時代激

光聚變研究的核心團(tuán)隊(duì)，中國工程物理研究院激光聚變研究中心承擔(dān)了多項(xiàng)國家重點(diǎn)科學(xué)研究項(xiàng)目和國家級大科學(xué)工程研制，涉及高能密度物理實(shí)驗(yàn)與診斷技術(shù)、靶材料科學(xué)與技術(shù)、高功率激光物理、高功率激光技術(shù)與工程、工程光學(xué)、先進(jìn)光學(xué)制造等學(xué)科領(lǐng)域。西南科技大學(xué)利用地理位置上的優(yōu)勢，加強(qiáng)與中國工程物理研究院激光聚變研究中心的合作，在材料科學(xué)、高能量密度物理等學(xué)科方面發(fā)展迅速。

表1 新時代激光聚變研究輻射帶動的相關(guān)學(xué)科情況

在新時代激光聚變研究的牽引下，成德綿地區(qū)的學(xué)科建設(shè)得到了蓬勃發(fā)展，先后建成了一批省部級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國工程物理研究院激光聚變研究中心建設(shè)了高溫高密度等離子體國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川大學(xué)在等離子體物理學(xué)二級學(xué)科領(lǐng)域建設(shè)了高能量密度物理及技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。2006年12月，西南科技大學(xué)和中國工程物理研究院激光聚變研究中心聯(lián)合成立了極端條件物質(zhì)特性實(shí)驗(yàn)室，依托共建雙方的學(xué)科、人才與資源優(yōu)勢，走聯(lián)合共建與軍民融合之路，圍繞激光慣性約束聚變的需求為牽引，在人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和技術(shù)轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域展開深度合作。2014年11月，中國物理學(xué)會高能量密度物理專業(yè)委員會在綿陽成立；2018年1月，中國材料研究學(xué)會極端條件材料與器件分會在綿陽成立；兩分會均掛靠中國工程物理研究院激光聚變研究中心，極大地提高了成德綿區(qū)域在相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的影響力。其中，由中國物理學(xué)會高能量密度物理專業(yè)委員會發(fā)起的全國高能量密度物理會議，自2009年至今已成功舉辦了7屆，該系列會議是我國慣性約束聚變領(lǐng)域最重要的學(xué)術(shù)會議，涉及我國大型激光裝置、大型重離子加速器裝置、大型Z箍縮裝置等大科學(xué)工程上的重要科學(xué)技術(shù)前沿問題。

三、新時代激光聚變研究對成德綿區(qū)域科學(xué)研究的引領(lǐng)作用

新時代激光聚變研究對復(fù)雜體系計(jì)算科學(xué)、高能量密度物理、精密微加工、高功率激光技術(shù)、先進(jìn)激光光學(xué)材料、高功率脈沖功率技術(shù)、超快光電子學(xué)、低溫工程學(xué)等新興交叉學(xué)科發(fā)展提出了急迫要求。成德綿區(qū)域優(yōu)勢單位圍繞新時代激光聚變研究的需求在基礎(chǔ)研究、工程技術(shù)方面開展了大量的工作，并取得了系列進(jìn)展和成果，較好地支撐了新時代激光聚變研究。成德綿區(qū)域高技術(shù)研究單位分布情況見表2。

表2 成德綿區(qū)域高技術(shù)研究單位分布情況

基礎(chǔ)研究方面：在新時代激光聚變研究的引領(lǐng)和相關(guān)專項(xiàng)資金的支持下，四川大學(xué)在低密度多孔金屬材料研究、靶丸制備技術(shù)研究、靶參數(shù)測量技術(shù)研究、聚合物靶丸摻雜特性研究、儲氫材料理論設(shè)計(jì)研究、碳化硼空心微球制備技術(shù)研究、金剛石/類金剛石微球制備技術(shù)等方面開展了研究；電子科技大學(xué)在快點(diǎn)火基礎(chǔ)物理和模擬技術(shù)研究、飛秒時間分辨時域顯微技術(shù)、Z箍縮靶材料研究、Z箍縮基礎(chǔ)問題研究等方面也開展了相關(guān)工作；西南交通大學(xué)和西華大學(xué)分別在激光傳輸放大模型與光束控制新技術(shù)研究、靶材料設(shè)計(jì)方面開展了相關(guān)研究。值得一提的是，西南科技大學(xué)在靶丸制備技術(shù)研究、冷凍靶溫度場分布理論模擬、固體冰層微結(jié)構(gòu)控制理論模擬、診斷單元器件研制等方面也開展了較好的工作。

激光技術(shù)方面：在新時代激光聚變研究的引領(lǐng)和相關(guān)專項(xiàng)資金的支持下，成都精密光學(xué)工程研究中心、成都光明光電公司等單位在大口徑光學(xué)玻璃（K9）成型坯片、熔石英抗損加固技術(shù)及高性價比材料探索等方面開展了工藝研究與驗(yàn)證；四川大學(xué)在熔石英元件后處理系統(tǒng)三倍頻復(fù)合膜研制、基于多色多頻的束勻滑技術(shù)研究、光學(xué)超光滑表面加工和檢測新技術(shù)研究、基于電光效應(yīng)的快速變焦技術(shù)研究、安全防護(hù)與環(huán)境保護(hù)總體設(shè)計(jì)與論證等方面開展了研究；電子科技大學(xué)在熔石英元件后處理系統(tǒng)方面開展了理論研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并針對激光驅(qū)動器可靠性工程開展了研究與驗(yàn)證。中國二重承擔(dān)了神光-Ⅲ裝置超大型（直徑6米）的靶室加工制造。

四、分析與建議

通過對新時代激光聚變研究對成德綿區(qū)域科技產(chǎn)業(yè)的輻射與引領(lǐng)作用進(jìn)行梳理分析，可以看到，“十二五”期間成德綿區(qū)域參與新時代激光聚變研究的單位有十余家單位，主要分為高等院校、企業(yè)、研究院所三個類別，見表3。新時代激光聚變研究對成德綿區(qū)域科技產(chǎn)業(yè)的輻射與引領(lǐng)作用主要分為直接牽引和間接牽引兩種形式，直接牽引主要采用國家級科研項(xiàng)目資助、簽訂采購或研制合同，間接牽引主要采用聯(lián)合培養(yǎng)碩博士研究生、聯(lián)合舉辦國際國內(nèi)學(xué)術(shù)會議等形式。由圖1可以看出，成都由于其科技力量雄厚，在新時代激光聚變研究中參與的單位多，形式也多樣，特別是四川大學(xué)、電子科技大學(xué)在資助項(xiàng)目數(shù)量、資助經(jīng)費(fèi)及合作方式等方面表現(xiàn)優(yōu)異。

表3 成德綿區(qū)域科技參與新時代激光聚變研究的主要單位

圖2 新時代激光聚變研究對成德綿區(qū)域科技產(chǎn)業(yè)的牽引方式

“十三五”期間，成德綿區(qū)域參與新時代激光聚變研究的單位，應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮各自的產(chǎn)業(yè)特長、區(qū)位特征和資源稟賦，統(tǒng)籌規(guī)劃，優(yōu)化完善高新技術(shù)、軍民融合工作，進(jìn)一步拓展成德綿區(qū)域科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間，加速推進(jìn)成德綿區(qū)域科技與經(jīng)濟(jì)一體化增長。

新時代激光聚變研究應(yīng)繼續(xù)發(fā)揮成德綿區(qū)域高等學(xué)校、科研院所等優(yōu)勢單位的作用，通過加強(qiáng)相關(guān)學(xué)科的建設(shè)，在匯聚、穩(wěn)定一支高水平的人才隊(duì)伍的同時，提高光學(xué)、激光、等離子體物理、低溫等關(guān)鍵學(xué)科方向上的人才培養(yǎng)規(guī)模和培養(yǎng)質(zhì)量，為新時代激光聚變研究的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的人才保障。新時代激光聚變研究應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)持“任務(wù)帶學(xué)科，學(xué)科促任務(wù)”的發(fā)展模式，加強(qiáng)工程總體單位與成德綿區(qū)域科研支撐團(tuán)隊(duì)的溝通，促進(jìn)基礎(chǔ)科研的發(fā)展；同時要加強(qiáng)科研團(tuán)隊(duì)和領(lǐng)軍人物的擇優(yōu)支持帶動相關(guān)科研領(lǐng)域的發(fā)展和人才隊(duì)伍的培養(yǎng)，為新時代激光聚變研究的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。