东京湾区主题系列： 大科学装置风云（华高莱斯）

知识简报丨东京湾区主题系列（十三）： 大科学装置风云

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关键词：东京湾区，大科学装置，制造业，东京大学，大科学装置群，筑波科学城

研究所作者：张文晖 丨知识管理中心

东京湾区的制造业实力强，不仅在于港口、政策及历史成因等要素，还有一大关键，就在于云集的大科学装置。这些大科学装置通过对制造业企业的技术提升，以及对人才的培养，将东京湾区的制造业整体实力进一步推上高峰。

日本对大科学装置的政策

持续有序的政策支持

日本政府从经济高速成长期开始，就非常重视重大科学装置的建设，以促进国家科技力量的成长。

◆ 60～70年代，日本政府推进“以10年后为目标的科学技术振兴方针”，政府主导大科学研究的计划，尤其聚焦发展核能开发研究和太空技术研究的大型科学装置；◆《科学技术政策大纲》（1986），强调“加强科技振兴基本条件建设”，进一步支持大科学装置的发展；◆《科技基本计划》（1995），规定每5年制定一次长期的科技基本计划。并且此后的3次科技基本计划，都强调了需要重点的加强大型研究装置的建设与广泛利用；◆ 第3期科技基本计划（2006），第一次提出 “国家基干（关键）技术”的概念，包括太空运输系统技术、海洋地球监测勘探、快中子增殖堆（FBR）循环技术和下一代超级计算机等领域，明确作为国家大规模科技项目进行重点投资；◆《关于促进先端大型研究设施共同利用的法律》（2006），致力于促进特定放射光设施和下一代超级计算机的广泛共同利用。

持续增加的“大科学”预算

日本非常重视大科学装置的建设与利用。2001年以后，用于大科学装置的年度预算整体上维持在接近2000亿日元的水平，并且稳步增加，其中用于“促进最先端大型研究设施的整备与共用”领域的预算，从2015年的453.14亿日元，进一步上升到2019年的476.65亿日元。而投入强度较大的领域包括原子能、宇宙、海洋、信息技术等。

日本大科学装置心脏地带

大科学装置成群的东京湾区

日本的顶尖大科学装置，在东京周围集中最多。如同步辐射（SR）大装置，日本目前14项装置中，位于东京湾区的就多达5个；8项自由电子激光（FEL）装置（完工与计划）中，3项位于东京湾区；日本唯一的中子源大科学装置KENS就位于东京湾区。

大科学“双心”：一个大学 + 一个城

顶级科学家与优秀科研人才，是大科学装置必须的养分，而能够带来充沛的顶级科学家与科研人才的地方只有两种，一种是顶级大学，还有一种就是科研院所集中在一起的科学城。因此东京湾区的大科学装置，主要被“一个大学+一个城”所包揽：东京大学和筑波科学城。

◆ 东京大学大科学装置群

东京大学作为日本的最顶级学府，可以通过大科学装置最大限度发挥大学人才与科研的力量，其中尤其是位于千叶县柏叶地区的柏校区，几乎每一个强系、强研究室，都配备了先进科学装置，从而将“强大学的强专业”通过大科学装备形成科技产出。

柏校区最大的优势是土地，这里利用原自卫队训练场的广大土地，设置及迁移来众多顶级科学装置，俨然成为一个东京外围近郊的学院式科学城。

东京大学的大科学装置，举例——

大强度阳子加速器装置 J-PARC

轨道放射性研究装置 Super SOR Light Source

高超音速高焓风洞研究装置

极端光学相干科学研究装置 LASOR

中性原子科学研究装置，原子炉JRR-3

世界最强核磁共振成像装置 MRI

大气海洋分析用，加速器质谱SingleStageAMS装置

……

◆ 筑波科学城大科学装置群：

筑波科学城是于60年代后开始建设，致力于日本科学研究的著名科学城。通过日本政府的行政力量，设立并且迁移了众多科研院所，不仅包括著名学府筑波大学，也包括宇宙航空研究开发机构（JAXA）、理化学研究所、国土地理院等国家研究机构，这些科研机构也运营着众多顶级大学科装置。

其中光是高能加速器研究机构（KEK）就形成了占地约153万平米，地下深达11米的的巨型园区，集中了众多放射性科学装置。

筑波科学城的大科学装置，举例——

自由电子激光装备 ETL（Electrotechnical Lab）

光子工厂 PF (Photon Factory)

同步辐射装置 NIJI-II, NIJI-IV, TERAS (Electron Linac Facility)高强度同步辐射装置 用于纳米材料解析的 NIMS（National Institute for Materials Science）可转移对撞型储存环加速器TRISTAN

非对称正负电子对撞机KEKB（B介子工厂）

13mΦ太空舱环境模拟设施

……

大科学装置与地方产业的交响曲

大科学装置对国家的重大科学突破与带动作用无须多讲，本文主要聚焦：大科学装置对地方产业的带动与影响。

制造大科学装置，“练出”过硬本地制造技术

由于大科学装置对采购设备和零部件的参数要求非常之高，在企业承担零部件制造的过程中，科研机构或高校，通常与制造企业共同商讨和调整产品质量，并将先进技术与科研成果传授与企业用于部件开发，最终对企业的制造能力形成提升。

大科学装置的本地化采购，是对本地制造业的有力促进。

如位于横滨的日本高周波株式会社，是一家常年从事电磁波应用同轴装置，以及研究机构加速器设备生产的典型隐形冠军企业。2009年，位于茨城县东海村的大强度阳子加速器施设J-PARC投入使用，其中的核心部件——速调管输出3D立体回路，就是采购自高周波株式会社的产品，在此过程中，高周波株式会社的制造能力得到进一步的提升。

大科学装置对全国的制造业都能带来质的提升。

如目前日本最先进的“超级KEKB”加速器，在全国范围内有多达150家企业参与了设计和制造，其中风洞、真空光束室等主要部件的设计、制造则委托给了三菱重工三原制作所，后者也成功量产出了达到旧技术两倍能量的阳子加速器，其中创新地设计出了世界第一款环状结合构造（ACS）的加速风洞。建设结束后，据调查有6成以上的企业表示自己的制造能力得到了提升。

研究所们，是围绕大科学装置落地的急先锋

正如前文所述，大科学装置对制造业的带动，影响范围通常遍及全国。而相对于制造业企业而言，研究所（企业研究所、政府研究机构等）才是跟随着大科学装置落地的急先锋！

◆ 就近设立研究所，方便企业利用大科学装置试验新技术日本常年利用政策力推大科学装置的的共用效率，主要政策文件包括：

文部科学省历年白皮书

《先进研究基建共用促进事业（共用平台形成支援计划）》

《学术研究大型项目推进基本构想Road Map》

《特定先端大型研究设施的共用促进相关法律》

……

◆集合式研究中心，多领域交叉科学共研

在东京湾区，国家研究所以及企业研究所遍布全域，这其中就有贴近大型科学设备便于试验的因素。

一个极致化的例子，如东京大学柏校区，由于集中了大量大科学装置，又临近东大的人才资源，因此在小范围内集中了大量研究机构——东大未来中心（Future Center Initiative），是设立在东大柏校区的集合式研究共用空间，内部集中了众多前沿技术领域的研究机构，共同利用东大的科研力量与研究设施开展技术创新，最终目标是通过多领域技术共用，对社会生活实现技术改进与升级，进驻的研究机构包括：

日本原子力研究开发机构系统计算科学中心

信息·系统研究机构生命科学统合数据中心

株式会社 UT-Heart研究所（计算机与医学结合领域）SCC Project（基于天文学与机械学习的ICT技术）

精技金型株式会社（精密发电机设计研发）

产研总·东大 先端OPERANDO计测技术开放创新实验室（新材料产业化、实用化研究）……

东京湾区作为日本大科学装置最为集中的区域，根本上是因为政府的意志，以及东京湾区本身雄厚的经济基础。这方面，与我国的怀柔科学城、张江、南沙科学城等有相似之处。同时，东京大学这样一所先进的高校引领了大科学装置集中落地的现象，又与我国的合肥有相似之处。

无论大科学装置为何落地，其本身对地方带来的产业影响也许并不像通常想象的那样：东京湾区的大科学装置并未带来明显的、新落地的制造业——但是大科学装置对本地乃至全国的制造业技术升级，却有着重大作用，意味着科研机构的成果与技术转移到民间。可以预见，随着我国多个重大科学城的建设，势必对全国范围的制造企业技术升级起到巨大作用。

而大科学装置的属性，决定了其对研究所的吸引力空前强大，因此形成科技人员聚集，便于多领域融合创新，从而成为国家的新技术诞生地。这也是所谓“湾区”对国家整体产业进步应起到的促进作用。

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