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    中意羊八井宇宙线观测站已建成为世界一流宇宙线观测窗口——该国际大科学项目的组织、实施与管理实现了“以我为主”

    日期 2008-08-15   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

      本文提要:中意羊八井全覆盖式阵列及其宇宙线天体粒子物理学研究项目由国家自然科学基金委(以下简称基金委)、中科院和科技部共同支持,通过充分发挥我国特有的地理资源优势,加强研究基础,吸纳国外资金、先进技术、仪器设备与人才,在已有基础上,用五年时间在羊八井建设了世界一流的宇宙线观测站并取得初步观测成果。项目执行过程中,本着平等互利的原则,中方科学家发挥积极作用,开展了真正“以我为主,强强联合”的实质性国际合作,所取得的经验对科学基金国际合作有着很好的启示和借鉴作用。

      一、项目简介

      宇宙线观测对探索大气物理、核物理、太阳活动、无线通讯、河外星系伽马源、高能粒子特性、天气变化等有着重要意义。位于西藏拉萨市北郊90公里的羊八井宇宙线观测站始建于1989年,因其得天独厚的观测条件被誉为世界最佳宇宙线观测窗口。基金委从一开始就给予该项目持续的关注与支持,曾先后以“七五”(1992-1995)、“八五”(1996-1999)重点项目形式给予支持。1989年至2001年间,中方以约570万元(其中基金委投入190万元)的投入引来了日方共约6亿日元(近5000万元)的物资投入,双方于1990年合作建成闪烁探测器阵列并投入使用,奠定了羊八井观测站不可替代的国际地位。

      为充分发挥羊八井高海拔的物理潜能,2000年在基金委、中科院和科技部的共同支持下,中科院高能物理所联合国内相关大学和研究所,与意大利国家核物理研究院(INFN)和数所大学启动中意羊八井地基观测天体粒子物理学研究(ARGO,Astroparticle Physics Research with Ground based Observatory)实验计划(以下简称中意羊八井ARGO项目),意方以设备、技术、资金和人员的形式投入。经过几年的不懈努力,完成了预定的计划任务并取得了初步物理结果。

      2008年5月,在该项目结题会上,专家组认为中意羊八井ARGO项目取得了一系列成果,包括在海拔4300米地区建成了世界第一个、也是唯一的6500平方米全覆盖式地面粒子阵列,实现了ARGO整个阵列的稳定运行,并取得了一批重要的物理数据。其中地面粒子阵列用于γ天文观测灵敏度达到目前世界最高,而用于膝区宇宙线观测的探测器性能也是世界最好的。在中意合作中,中方发挥了重要的作用,逐步取得了“以我为主”的主导地位。

      二、 中意羊八井ARGO项目带给我们的启示与思考

      1. 通过国际合作实现跨越式发展

      中意羊八井ARGO项目是通过国际合作实现跨越式发展的成功范例。要在资金短缺、技术落后的情况下后来居上、实现中国宇宙线发展的大目标,就必须充分利用我方优势,通过开展卓有成效的国际合作,获取急需的国外资金、技术和人才,在激烈的国际竞争中用最短时间一举打开局面。羊八井项目中,我国科学家在中日合作基础上与意大利科学家开展的ARGO合作,提升了我国科研人员在探测器、电子学、数据采集系统和数据分析软件方面的开发能力,加快了将传统的多点取样式--广延大气簇射(EAS)阵列改变为全覆盖这一创新性实践的进程,并在短短几年里形成了一个国际化、现代化的大科研格局。

      2. 集中各方资源,实质性平等投入

      中意羊八井ARGO项目立项之初,中科院、基金委和科技部共投入3400万元人民币,其中基金委以重大国际合作项目的形式提供了890万元,并以面上、重点项目等形式给予了资助。意方提供了500万美元资金和全部高阻性平板探测器(Resistive Plate Chamber,RPC),双方的实质性平等投入使项目一被批准就能开始大规模生产和现场安装。中方人员在探测技术和国际影响力方面的快速提升也进一步强化了在合作中的主导地位。

      3. 以我为主,开展国际大科学项目合作

      国际大科学项目由于国内外参加单位众多,项目的组织协调工作显得尤为重要。既要体现以我为主,又要平等合作,充分发挥各方积极性,保证项目顺利实施。中意羊八井ARGO项目在这方面有几条宝贵经验:

      力争主动,担当重要角色 中方科学家在平等合作、充分协商的基础上,充分发挥我方优势,坚持正确的设计思想和工作方案,力争主动。西藏雪域高原恶劣的自然条件给羊八井ARGO实验的运行带来了很大困难,针对野外台站难以配备全面技术力量的问题,中方提出了“利用各种现代通讯手段,以远程监控为主,现场工作人员为辅,专家队伍为后盾”的运行模式。按照这一思路,两年来ARGO实验运行稳定,圆满完成了运行任务,节省了大笔经费和人力资源,为“以我为主”的合作打下实实在在的基础。

      积极主动学习、消化、掌握关键技术 RPC探测技术是由意方合作者发明的,但在高海拔地区开展如此大规模的宇宙线实验还史无前例。中方合作者清醒地把握住机会,积极、虚心地向意方专家学习,多次派人参加在意大利各实验室开展的多项研究,逐步掌握了探测器的关键技术。在探测器安装、调试和之后的稳定运行中形成了一支独立的研究队伍,不但牢牢掌握了运行的主动权,解决了运行初期探测器和试运行数据的各种关键问题,也为正确处理数据、开展物理分析研究创造了必不可少的条件。

      发扬主动拼搏精神 项目执行过程中,中方发扬拼搏精神,勇于担重任、攻难题也是逐步取得主导地位的一个重要方面。2004年下半年,ARGO实验进入大规模探测器安装阶段后,中方发扬顽强拼搏的精神,克服恶劣的自然条件,先后投入10个安装梯队赴藏,独立完成了154个探测器群中115个(75%)的安装(其余与意方合作完成),主导了实验进程,并独立完成了所有损坏探测器的检测更换,确保了工程进度,成为实验工程的主力军。

      4. 通过国际合作,促进科研人员水平的提高和青年人才的培养

      在基础研究国际化的大背景下,我国迫切需要一批具有世界影响力的战略科学家、一批能够进入世界科学前沿的科研骨干和众多有发展潜质的青年科研人员。羊八井这样的大项目需要有此类人才的引导和参与,同时也是培养这类人才的摇篮。羊八井项目实施过程中,与国际同行的广泛交流与合作加快了我国科研人员的成长,培养了一支勇于奉献、富于创新、技术过硬的人才队伍。项目还为青年科研人员的成长提供了必要的支撑环境,项目执行期间博士后出站3人,博士毕业16人,硕博连读40人,硕士生毕业28人,40人次出国访问、工作和交流,另外还吸引意方合作人员来华工作350人次。

      5.实事求是,科学管理,营造宽松科研环境

      针对基础研究自身发展规律,基金委历来强调对科研项目要科学管理,营造宽松的科研环境。这一政策对象羊八井这样难度较大、参与人员众多的大型国际合作项目显得尤为重要。

      中意羊八井ARGO项目2001年立项,原计划4年内完成安装工作并取得部分物理结果。但2003年4月发生前端电子学芯片保护二极管及放大器的第一级击穿损坏,以及当年“非典”等原因影响了项目进展,2004年底项目组只完成全部安装任务的31%,也未能开展相关物理工作。中期评审专家组充分考虑了项目实施的实际难度和课题组付出的艰辛努力,按照基金委的有关政策,允许项目延期至2007年底,原定主体任务不变。这给了项目组极大的支持,使他们有更多时间,以加倍的努力克服困难,最终圆满完成任务。

      三、对今后开展大科学国际合作的建议

      1. 加强对以我为主的国际大科学项目的支持

      为提高我国基础研究水平,基金委和国家相关科研管理部门应强化对在我国开展的、以我为主的国际大科学项目的支持,在平等互利、优势互补、共担经费、共享成果的原则下,吸引国际一流科学家和技术、设备、资金开展实质性国际合作,实现跨越式发展,使我国尽快成为某些领域的国际科研中心。

      2.整合资源,加强国内相关部门的协调合作和政策支持

      国际大科学项目往往涉及巨额的资金投入和复杂的科学问题、技术条件和实验设备,单靠某个机构的一家之力很难支持,需要国家相关部委的密切协调与合作,在顶层设计、项目组织、资金投入和外事协作等方面互相支持,集中和优化各方资源,形成合力联合支持。今后应进一步加强国家科字口部委专业部门和国际合作部门的联动机制,根据各自的资助原则和职责范围,采用同行评审甚至国际评审,认真遴选我国科学家创意开展的、有中国研究特色的国际大科学项目,进行联合资助,从而保证项目在设施建设和研究进程的各个阶段都有充足的经费、政策、协调等方面的支持,减少科学家的后顾之忧并使我们在项目中的利益最大化。

      3.重视国际大科学项目的组织

      在中国进行的项目,中国科学家义不容辞地要担当起整个项目的主要组织和协调工作,既要充分体现以我为主,又要集所有合作单位经费、设备、技术和研究思想之所长,开展平等合作,还要尽可能确保各投入方在项目中的显示度和利益,这中间涉及到大量的组织协调工作。项目主持人要象重视设施建设和科学研究一样重视各方面的组织协调工作,保证项目的顺利实施。我国科学家在参与欧洲核子中心加速器和探测器建造以及物理实验的过程中,也学习到了国外机构在大科学项目中的组织管理经验,这些经验对羊八井项目以及建设中的其它此类大项目的顺利实施极有益处。

      4.研究、技术、建设、信息处理同步考虑,有序进行

      重大合作研究项目,尤其是涉及到大型科研设施建设的项目,要重视对基础科学问题的前期预研,在设施建设前就提前凝练,超前部署,有序规划,逐步落实。要围绕科学问题进行设施建设,通过技术攻关促进设施建设和研究进展。中意羊八井ARGO项目中期检查时,专家评审组提出,项目组应着重加强物理研究和计算能力建设,以形成自己的特色并在竞争中取得优势。项目组据此加强了对物理问题的凝练以及计算能力的建设,尤其是羊八井—高能所之间155MB高速宽带网的开通,实现了ARGO原始数据的网上在线传输和ARGO地毯运行的远程监控,对项目的成功和成果的获取起到关键作用。如今,在意方推动下,中欧格点计算机网络已立项启动,羊八井实验基地将在一个更高的层次上实现国际化、现代化的跨越。这条经验是今后所有大科学国际合作项目都要十分强调的。

      5.重视大平台的多学科利用和后续支持

      国际大科学实验平台的构建并非易事,因此如何有效利用已建成的平台更好的为我国基础研究服务,通过何种方式对此类平台进行后续持续支持,将成为羊八井项目下一步要重点思考和解决的问题。目前,我国科学家正利用ARGO实验的条件,吸引其他国家科学家开展新的合作研究,如与法国物理学家合作开展新探测技术的预研计划,与国内研究所和大学的多学科合作也在逐步加强。建议国家相关部委为项目的升级提供必要的支持和稳定的运行费用,并为跨学科、创新性的研究课题和国际合作项目提供相应的研究经费,使羊八井真正成为一个先进的多学科国际研究中心。

      6.大力弘扬艰苦奋斗、顽强拼搏的精神。

      中意羊八井ARGO项目的成功完成是中方人员发扬艰苦奋斗精神、与各参与方密切合作的结果。纵观项目几年来的发展,核心成员的无私奉献和顽强拼搏精神是项目成功完成的支柱。为了集中财力用于基地建设,他们忍受了长至三个月或半年的轮换制度和长期无车辆、无室内厕所的非现代生活;为了事业不断、队伍不散,他们顶住了出国大潮的冲击,长期坚守在人迹罕至的高山之巅。这种精神是羊八井项目的灵魂,是推动我国基础研究可持续发展的原动力,也是今后开展国际合作需要发扬光大的重要原则。




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