科学基金资助仪器类项目的情况与展望

数理科学部数理科学部 2 2013013年年1111月月 北海北海科学基金资助仪器类项目科学基金资助仪器类项目的情况与展望的情况与展望国家自然科学基金委员会p 科学基金资助仪器类项目的基本定位科学基金资助仪器类项目的基本定位p 科学基金资助仪器类项目的类别与侧重科学基金资助仪器类项目的类别与侧重p 思考与建议思考与建议p 项目分析项目分析报告内容一、科学基金资助仪器类项目的基本定位一、科学基金资助仪器类项目的基本定位 资助围绕科研活动的所需仪器的研制、提资助围绕科研活动的所需仪器的研制、提升与发展升与发展 研制：研制：适应科研需求，研制特需（创新）仪器适应科研需求，研制特需（创新）仪器 提升：提升：改善、拓展已有仪器性能，包括诊断设改善、拓展已有仪器性能，包括诊断设 备、后端设备的研制等备、后端设备的研制等 发展：发展：新一代装置的预研、特别是概念性和关键新一代装置的预研、特别是概念性和关键技术的预研技术的预研 项目系列项目系列: 重大项目、重点项目、重大国际重大项目、重点项目、重大国际合作项目、面上项目合作项目、面上项目 联合基金联合基金 专项基金专项基金-仪器专项仪器专项二、科学基金资助仪器类项目的类别与侧重二、科学基金资助仪器类项目的类别与侧重重大项目：重大项目： 着重体现技术方法的发展，对提升我国着重体现技术方法的发展，对提升我国自主发展仪器设备有重要支撑意义；自主发展仪器设备有重要支撑意义； 学部咨询委员会讨论、推荐立项，强度学部咨询委员会讨论、推荐立项，强度2000万元左右，目前一年数理学部共资助万元左右，目前一年数理学部共资助3项左右，主要以科学研究为主要资助方向项左右，主要以科学研究为主要资助方向二、科学基金资助仪器类项目的类别与侧重二、科学基金资助仪器类项目的类别与侧重重点项目：重点项目：以学科发布指南为引导、强度以学科发布指南为引导、强度300-400万元；由学科评审组审议万元；由学科评审组审议重大国际合作项目：重大国际合作项目：自由申请重大国际合作项目：自由申请重大国际合作项目：指南引导（范指南引导（范围较宽），多为科学目标引导下的实验技术围较宽），多为科学目标引导下的实验技术方法的改进、小型实验装置的研制；学部组方法的改进、小型实验装置的研制；学部组织评审，强度织评审，强度300万元左右；万元左右；协议框架内重大国际合作项目：协议框架内重大国际合作项目：由双边协议由双边协议内容确定内容确定二、科学基金资助仪器类项目的类别与侧重二、科学基金资助仪器类项目的类别与侧重面上项目面上项目 提出了新的技术方法、思路的尝试（为基金委仪提出了新的技术方法、思路的尝试（为基金委仪器类项目和重大专项仪器项目的研制奠定基础，酝器类项目和重大专项仪器项目的研制奠定基础，酝酿思想或框架）；酿思想或框架）； 对某些原理的验证与实验；对某些原理的验证与实验； 测试、诊断技术方法的发展；测试、诊断技术方法的发展； 基于已有仪器设备性能的拓展与提升；基于已有仪器设备性能的拓展与提升； 现有的技术应用到其他领域；现有的技术应用到其他领域； 薄弱而亟待发展的技术和方法（譬如探测器、电薄弱而亟待发展的技术和方法（譬如探测器、电子学等等）。子学等等）。学部指南倾斜，学科评审会审议；学部指南倾斜，学科评审会审议； 强度强度80-180万元万元 联合基金联合基金大科学装置联合基金大科学装置联合基金天文联合基金天文联合基金 基于平台装置的研究工作，重点支持物质科学、信息基于平台装置的研究工作，重点支持物质科学、信息科学、生命科学、材料科学、环境科学等领域的多学科和科学、生命科学、材料科学、环境科学等领域的多学科和学科交叉前沿问题的研究，开拓新的研究方向；基于专用学科交叉前沿问题的研究，开拓新的研究方向；基于专用装置的研究工作，譬如北京谱仪的高能物理研究、兰州重装置的研究工作，譬如北京谱仪的高能物理研究、兰州重离子加速器冷却储存环装置的核物理研究等；离子加速器冷却储存环装置的核物理研究等；提升大科学提升大科学装置研究能力的实验技术、方法及小型专用仪器发展研究装置研究能力的实验技术、方法及小型专用仪器发展研究和关键技术研究。和关键技术研究。 l主要资助方向主要资助方向大科学装置联合基金 面上项目主要资助：面上项目主要资助：光束线的新原理、新技术和方法光束线的新原理、新技术和方法学研究；粒子加速器和粒子探测器的关键技术、方法和设学研究；粒子加速器和粒子探测器的关键技术、方法和设备的研究。备的研究。 重点项目主要资助：重点项目主要资助：粒子加速器和探测器以及光束线粒子加速器和探测器以及光束线站的技术、原理和方法学研究。站的技术、原理和方法学研究。l资助资助与仪器相关的内容与仪器相关的内容主要资助方向与内容主要资助方向与内容 中国科学院天文台系统以外科研机构和高等院校的科研中国科学院天文台系统以外科研机构和高等院校的科研人员利用中国科学院天文台系统所属的光学、射电、红人员利用中国科学院天文台系统所属的光学、射电、红外等天文观测设备和数据资料开展的宇宙学、星系、恒外等天文观测设备和数据资料开展的宇宙学、星系、恒星、太阳和太阳系以及基础天文等领域的观测和理论研星、太阳和太阳系以及基础天文等领域的观测和理论研究（中国科学院天文台系统研究人员不能作为申请人申究（中国科学院天文台系统研究人员不能作为申请人申请此方面内容，但可以作为主要参与者参与申请）；请此方面内容，但可以作为主要参与者参与申请）； 空间天文探测技术研究，包括空间天文探测新技术新方空间天文探测技术研究，包括空间天文探测新技术新方法的研究和天文卫星关键技术的前期预先研究等；法的研究和天文卫星关键技术的前期预先研究等； 与天文探测相关的高能、紫外、光学、红外和射电技术与天文探测相关的高能、紫外、光学、红外和射电技术方法，包括微弱光电子信号探测、存储和传输技术，与方法，包括微弱光电子信号探测、存储和传输技术，与天文望远镜相关的高能、光学、红外和无线电技术，自天文望远镜相关的高能、光学、红外和无线电技术，自动控制技术和机械等；动控制技术和机械等； 天文联合基金天文联合基金主要资助方向与内容主要资助方向与内容 海量天文数据存储、计算、共享及虚拟天文台技术；海量天文数据存储、计算、共享及虚拟天文台技术； 基础天文学方法及其在满足国家战略需求应用中产生的关基础天文学方法及其在满足国家战略需求应用中产生的关键科学问题；键科学问题； 围绕在建或拟建大型天文观测设备的前沿科学问题而开展围绕在建或拟建大型天文观测设备的前沿科学问题而开展的分析研究，为设备的研制、测试和运行提供科学指导。的分析研究，为设备的研制、测试和运行提供科学指导。具体包括：前沿科学问题和科学目标的选取和论证；观测具体包括：前沿科学问题和科学目标的选取和论证；观测模式和策略的选取、优化以及具体观测对象的遴选；观测模式和策略的选取、优化以及具体观测对象的遴选；观测数据的处理和信息提取，误差的分析和控制；观测实验模数据的处理和信息提取，误差的分析和控制；观测实验模拟和理论模型的建立等拟和理论模型的建立等 专项基金专项基金 科学仪器基础研究专项科学仪器基础研究专项 重大仪器专项：自由申请、部门推荐重大仪器专项：自由申请、部门推荐 1998年起科学仪器基础研究纳入科学基金资助范围，主要用以资助基础科学的前沿研究所急需的创新性科学仪器的研制或改进。 资助范围 对前沿学科发展前沿学科发展有重要推动作用的关键科学仪器和部件的研制。 为验证新原理、新方法验证新原理、新方法的科学仪器和部件的研制。 量大面广，具有广泛应用背景具有广泛应用背景的新颖科学仪器和部件的研制。1.1.科学仪器基础研究专项科学仪器基础研究专项方式与特点方式与特点根据我国当前技术研究的基础和优势，结合学科的特点确定鼓励研究领域。重点支持已有前期工作基础的创新性科学仪器的研究。由科学部组织并推荐已有较好研究基础的研究队伍申请。计划局组织会评全委领域间的竞争资助强度300万元左右。1998-20121998-2012经费投入情况经费投入情况 资助经费示意图资助经费总额为59453万元单位：万元科学部数理化学生命地球工材信息医学年度科学科学科学科学科学科学科学合计199821000205199913000015200012122109200103122109200222211201020032311220112004231113011200535103511820064601233192007560246225200857034602520097702512235201081304717655201181223618655201271203617449合计5785925459525341资助项目研究领域分布情况资助项目研究领域分布情况科学部科学部受理申请受理申请资助资助单项平均单项平均资助率资助率项数项数金额金额占全委经占全委经费比例费比例合计合计4805015000100%30010.42% 数理科学部数理科学部548241016.07%301.2514.81% 化学科学部化学科学部5811341022.73%31018.97% 生命科学部生命科学部1613002%3006.25% 地球科学部地球科学部59411757.83%293.756.78% 工程与材料科工程与材料科学部学部797206013.73%294.298.86% 信息科学部信息科学部15814428528.57%306.078.86% 医学科学部医学科学部56513609.07%2728.93% 2013年度科学仪器基础研究专款申请与资助情况（单位：万元）定位定位面向科研、推动原始创新面向科研、推动原始创新体现科研需求的工具研制体现科研需求的工具研制即科研需求导向的科研工具的研制即科研需求导向的科研工具的研制对于促进科学发展、开拓研究领域具有重要作用的对于促进科学发展、开拓研究领域具有重要作用的原创性科研仪器设备的研制；原创性科研仪器设备的研制；通过关键核心技术突破或集成创新，用于发现新现通过关键核心技术突破或集成创新，用于发现新现象、揭示新规律、验证新原理、获取新数据的科研象、揭示新规律、验证新原理、获取新数据的科研仪器设备的研制。仪器设备的研制。资助范围资助范围2.2.重大仪器专项重大仪器专项 自由申请重大仪器项目自由申请重大仪器项目 经费在经费在10001000万元左右万元左右自由申请自由申请科学部组织通讯评审科学部组织通讯评审计划局组织会议评审计划局组织会议评审委务会审批委务会审批项目程序项目程序20122012年重大仪器自由申请资助项目年重大仪器自由申请资助项目序号序号 科学部科学部项目名称项目名称申请人申请人申请单位申请单位资助金额资助金额（万元）（万元）1数理辐照效应实时原位分析装置的联机部件研制李宁厦门大学3502超快自旋极化低能电子显微镜唐文新 重庆大学9003超高温极端环境下材料性能测试设备研制方岱宁 北京大学9004用于等效原理检验的高精度原子干涉仪詹明生 中国科学院武汉物理与数学研究所9005化学糖蛋白结构解析串级质谱分析装置杨芃原 复旦大学9006时间分辨双光子激发活体荧光成像系统王远北京大学9007电场、磁场调制的短波长手性拉曼光谱仪研制李灿中国科学院大连化学物理研究所8408界面超分子手性的原位高分辨非线性光谱表征及其成像装置研究刘鸣华 中国科学院化学研究所9009基于高效荧光共振能量转移探针的新一代多色超分辨显微镜研制樊春海 中国科学院上海应用物理研究所90010地学低平流层风场探测激光雷达系统研制和应用孙东松 中国科学技术大学80011大深度三维矢量广域电磁法仪器研制何继善 中南大学90012降解-矿化平衡研究中地史环境模拟设备“PALEOPOND”研制王伟中国科学院南京地质古生物研究所42013二次细粒子粒径分布、化学组成和光学特性在线测量系统葛茂发 中国科学院化学研究所88014复杂山地多波宽频带地震数据采集系统研制庹先国 成都理工大学60020122012年重大仪器自由申请资助项目年重大仪器自由申请资助项目序号序号 科学部科学部项目名称项目名称申请人申请人申请单位申请单位资助金额资助金额（万元）（万元）15工材连铸坯枝晶生长热模拟试验机翟启杰 上海大学30016薄膜拉伸加工物理多尺度结构在线研究装备李良彬 中国科学技术大学87017模拟空间环境下摩擦试验原位分析系统的研制刘维民 中科院兰州化学物理研究所75018聚合物微纳层状多层次形态结构调控仪与分析表征系统郭少云 四川大学86019信息基于微流控芯片的高通量自动化DNA测序装置陆祖宏 东南大学30020光学活检术-无损超高分辨的内窥光学相干CT成像系统薛平清华大学54021大视场X射线相衬成像器件与锥束CT系统研究牛憨笨 深圳大学90022通用无线信号检测分析仪表张平北京邮电大学85023异型零件精密微装配设备研制徐德中科院自动化研究所83024高精度镱原子光钟吕宝龙 中科院武汉物理与数学研究所54025基于谱图、结构信息集成探测的高精度近地遥感系统研究赵慧洁 北京航空航天大学75026医学低功率超声分子显像与治疗系统研究王志刚 重庆医科大学70027天然药物中目标物快速“识别鉴定”二维色谱仪研制 贺浪冲 西安交通大学720合计合计 1417014170科学部科学部申请数申请数批准资助批准资助平均强度平均强度资助率资助率项数项数金额金额占全委比例占全委比例合计合计24724740403000030000100%100%75075016.19%16.19% 数理科学部数理科学部58586 64800480016%16%80080010.34%10.34% 化学科学部化学科学部27278 86000600020%20%75075029.63%29.63% 生命科学部生命科学部6 60 00 0- - -0 0 地球科学部地球科学部35354 43200320010.67%10.67%80080011.43%11.43% 工程与材料工程与材料科学部科学部37376 64600460015.33%15.33%766.67766.6716.22%16.22% 信息科学部信息科学部636313139050905030.17%30.17%696.15696.1520.63%20.63% 医学科学部医学科学部21213 3235023507.83%7.83%783.33783.3314.29%14.29%20132013年度重大仪器自由申请项目申请与资助情况年度重大仪器自由申请项目申请与资助情况 部门推荐重大仪器项目部门推荐重大仪器项目部门限额推荐项目申请部门限额推荐项目申请同行通讯评议同行通讯评议学部咨询委员会评审（学部咨询委员会评审（2/32/3）专家委员会评审（专家委员会评审（2/32/3） 现场考察（不涉及经费预算）现场考察（不涉及经费预算） 经费预算评审（以科技专家为主）经费预算评审（以科技专家为主）专家委员会最终评审专家委员会最终评审(2/3)(2/3)委务会审批委务会审批评审程序评审程序20112011年度国家重大科研仪器设备研制专年度国家重大科研仪器设备研制专项资助项目项资助项目序号序号负责人负责人项目名称项目名称项目依托单位项目依托单位得票情况得票情况申请经费申请经费（万元）（万元）拟资助经费拟资助经费（万元）（万元）1 1李儒新李儒新新一代超强超短激光综合实验新一代超强超短激光综合实验装置装置中国科学院上海光学精密中国科学院上海光学精密机械研究所机械研究所323289008900890089002 2杜瑞瑞杜瑞瑞拓扑量子计算专用仪器平台研拓扑量子计算专用仪器平台研制制北京大学北京大学303030003000300030003 3史生才史生才太赫兹超导阵列成像系统太赫兹超导阵列成像系统中国科学院紫金山天文台中国科学院紫金山天文台31316249.26249.2600060004 4万立骏万立骏高分辨多功能化学成像系统高分辨多功能化学成像系统中国科学院化学研究所中国科学院化学研究所28287002.2987002.298700070005 5杨学明杨学明基于可调极紫外相干光源的综基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置合实验研究装置中国科学院大连化学物理中国科学院大连化学物理研究所研究所3232148001480010330103306 6徐徐 涛涛 光电融合超分辨生物显微成像光电融合超分辨生物显微成像系统系统中国科学院生物物理研究所中国科学院生物物理研究所303042004200300030007 7吕达仁吕达仁多波段多大气成份主被动综合多波段多大气成份主被动综合探测系统探测系统中国科学院大气物理研究所中国科学院大气物理研究所313193009300930093008 8张首刚张首刚新一代时间频率系统新一代时间频率系统中国科学院国家授时中心中国科学院国家授时中心343435003500350035009 9王智彪王智彪球形聚焦集声系统的研究球形聚焦集声系统的研究重庆医科大学重庆医科大学26266000600060006000合计合计62951.49862951.498570305703020122012年度重大仪器专项资助项目情况年度重大仪器专项资助项目情况序序号号科学部编号科学部编号申请人申请人单位单位项目名称项目名称建议资助经费建议资助经费（万元）（万元）1112279006邹广田邹广田吉林大学吉林大学新一代大型超高压产生装置新一代大型超高压产生装置8700.002112279002吴培亨吴培亨南京大学南京大学多通道超导单光子探测器多通道超导单光子探测器4900.003112279001杜江峰杜江峰中国科学技术大学中国科学技术大学多波段脉冲电子自旋磁共振谱仪研制多波段脉冲电子自旋磁共振谱仪研制5600.004112279005潘庶亨潘庶亨中国科学院物理研究所中国科学院物理研究所极端条件下超高精度实空间极端条件下超高精度实空间/动量空间原位测动量空间原位测量系统量系统7900.005412279001李晓李晓中国科学院地质与地球中国科学院地质与地球物理研究所物理研究所高能加速器高能加速器CT多场耦合岩石力学试验系统多场耦合岩石力学试验系统5650.006612279001巴音贺巴音贺希格希格中国科学院长春光学精中国科学院长春光学精密机械与物理研究所密机械与物理研究所1.5米扫描干涉场曝光系统米扫描干涉场曝光系统8300.007612279002房建成房建成北京航空航天大学北京航空航天大学基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置量实验研究装置8850.008812279002周欣周欣中国科学院武汉物理与中国科学院武汉物理与数学研究所数学研究所用于人体肺部重大疾病研究的磁共振成像仪用于人体肺部重大疾病研究的磁共振成像仪器系统研制器系统研制4400.009812279001田捷田捷中国科学院自动化研究中国科学院自动化研究所所小动物光学多模融合分子影像成像设备小动物光学多模融合分子影像成像设备8500.0010112279003鲍威鲍威中国人民大学中国人民大学冷中子非弹性散射谱仪的研制冷中子非弹性散射谱仪的研制11100.0011112279004刘志刘志中国科学院上海微系统中国科学院上海微系统与信息技术研究所与信息技术研究所基于上海同步辐射光源的能源环境新材料原基于上海同步辐射光源的能源环境新材料原位电子结构综合研究平台（位电子结构综合研究平台（SiPME2）研制）研制14800.00合计合计88700.0020132013年度重大仪器专项资助项目情况年度重大仪器专项资助项目情况序序号号项目名称项目名称负责人负责人依托单位依托单位申请经费申请经费（万元）（万元）1 1针对若干国家战略需求材料使役条件下性能针对若干国家战略需求材料使役条件下性能与显微结构间关系的原位研究系统与显微结构间关系的原位研究系统张泽张泽浙江大学浙江大学630063002 2原子尺度超高时空分辨兆伏特电子衍射与成原子尺度超高时空分辨兆伏特电子衍射与成像系统像系统王西杰王西杰 上海交通大学上海交通大学 950095003 3基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置验装置孙世刚孙世刚 厦门大学厦门大学8997.918997.914 4 单细胞时空分辨分子动态分析系统单细胞时空分辨分子动态分析系统陈洪渊陈洪渊 南京大学南京大学720072005 5超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统统程和平程和平 北京大学北京大学890089006 6 基于静电悬浮的金属材料快速凝固实验系统基于静电悬浮的金属材料快速凝固实验系统魏炳波魏炳波 西北工业大学西北工业大学 450045007 7材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪研制谱仪研制钟掘钟掘中南大学中南大学800080008 8 多功能固态量子存储器多功能固态量子存储器郭光灿郭光灿中国科学技术中国科学技术大学大学600060009 9 多维多尺度高分辨率计算摄像仪器多维多尺度高分辨率计算摄像仪器戴琼海戴琼海 清华大学清华大学89508950物理物理II领域的特点领域的特点 大科学：大科学：科学目标宏伟、意科学目标宏伟、意义重大，涉及人类对自然的义重大，涉及人类对自然的基本认识问题，由众多科学基本认识问题，由众多科学家共同提出、酝酿、凝练；家共同提出、酝酿、凝练； 大装置：大装置：规模大、技术先进规模大、技术先进、结构发展、单元多，涉及、结构发展、单元多，涉及到材料、机械、电子学、计到材料、机械、电子学、计算机等领域；算机等领域； 大投入：大投入：经费投入多，一般经费投入多，一般为几亿元、几十亿元，甚至为几亿元、几十亿元，甚至上百亿元人民币；上百亿元人民币； 大团队：大团队：需要大量的科学、需要大量的科学、技术专家和工程师参与技术专家和工程师参与三、有关思考与建议三、有关思考与建议北京正负电子对撞机和北京谱仪，北京正负电子对撞机和北京谱仪，主要开展主要开展轻子和粲粒子物理的研轻子和粲粒子物理的研究，在究，在 轻子质量精确测量、轻子质量精确测量、R值值测量、测量、发现多个发现多个新共振态新共振态等做出等做出了许多国际上有显示度的工作。了许多国际上有显示度的工作。p 科学目标的确定：科学目标的确定： 科学目标要具体、特色鲜明、体现学术思想科学目标要具体、特色鲜明、体现学术思想的创新的创新p 仪器特色的提炼：仪器特色的提炼： 仪器要自成体系、规模适中、关键技术明确，仪器要自成体系、规模适中、关键技术明确，难点、创新点突出；或属独创，或为现有设备难点、创新点突出；或属独创，或为现有设备的拓展、特色鲜明、指标先进的拓展、特色鲜明、指标先进p 研究基础的表述研究基础的表述 有积累、有所需主要技术人才、储备了一定有积累、有所需主要技术人才、储备了一定的关键技术、掌握了解决难点的方法的关键技术、掌握了解决难点的方法思考的问题思考的问题中等规模的大科学装置的科学目标、关键技术、中等规模的大科学装置的科学目标、关键技术、前沿技术研究（前沿技术研究（300010000300010000万元），高能物理、万元），高能物理、粒子物理、等离子体物理领域粒子物理、等离子体物理领域意义重大、探索性强、风险大、周期长、经费意义重大、探索性强、风险大、周期长、经费多的项目的培育与支持多的项目的培育与支持科学研究支撑中的基础性研究工作（技术的固科学研究支撑中的基础性研究工作（技术的固化与数据的积累等）化与数据的积累等）大规模物理实验研究中的硬软件及其更换大规模物理实验研究中的硬软件及其更换重大的国际合作中的实验类（仪器设备）项目重大的国际合作中的实验类（仪器设备）项目 思考的问题思考的问题四、项目分析四、项目分析-侧重学科领域外竞争的项目侧重学科领域外竞争的项目 科学目标的凝练：科学目标的凝练：能用于研究、回答目前尚能用于研究、回答目前尚未认识的科学问题，问题明确、意义重要；或拟研未认识的科学问题，问题明确、意义重要；或拟研究发展的技术方法属对该领域实验装置发展的支撑究发展的技术方法属对该领域实验装置发展的支撑作用显著；或为我国科研急需发展和掌握的关键技作用显著；或为我国科研急需发展和掌握的关键技术术 仪器设备整体结构、性能的表述：仪器设备整体结构、性能的表述：仪器整仪器整体性能优越，或为独创，或为现有设备的拓展、但体性能优越，或为独创，或为现有设备的拓展、但特色鲜明、指标先进特色鲜明、指标先进 技术创新的描述：技术创新的描述：技术创新点突出，主要部分技术创新点突出，主要部分体现提升自主创新能力的提升体现提升自主创新能力的提升重大项目重大项目 1.中微子高性能探测器关中微子高性能探测器关键技术与方法研究键技术与方法研究 强度强度1000万元万元 大亚湾核电站具有独特的条件，大亚湾核电站具有独特的条件，是世界上进行此项实验的最佳地是世界上进行此项实验的最佳地点。两个近点与一个远点探测器点。两个近点与一个远点探测器之间用隧道连接，共之间用隧道连接，共3000米米由科技部、中科院、基金委、广由科技部、中科院、基金委、广东省、深圳市和中国广东核电集东省、深圳市和中国广东核电集团共同支持。团共同支持。二期继续给予资助二期继续给予资助 四、项目分析四、项目分析-侧重学科领域外竞争的项目侧重学科领域外竞争的项目项目特征：项目特征：科学目标明确、仪器设计先进、需研究解决的技术、方法清晰科学目标明确、仪器设计先进、需研究解决的技术、方法清晰南极态势及中国南极天文台建站地点南极态势及中国南极天文台建站地点Dome ADome C,欧洲欧洲(3202m)(3202m)South Pole美国美国( (地理南极点地理南极点) )(3200m)(3200m)Dome A,中国(4093m)南极天文台地理位置南纬： 80 25东经： 77 06海拔： 4087mDome F, 日本日本Dome Vlastok, 俄俄罗斯罗斯强度强度2000万元万元 实现衍射极限的大视实现衍射极限的大视场光学望远镜关键技术场光学望远镜关键技术方法方法基于基于高临界温度超导高临界温度超导器件的多频段太赫兹探器件的多频段太赫兹探测器特性研究测器特性研究特殊环境下光学红外特殊环境下光学红外与太赫兹望远镜关键组与太赫兹望远镜关键组件的特性研究件的特性研究 项目特征：项目特征： 需求明确需求明确 关键问题突出关键问题突出 特色鲜明特色鲜明 创新性强创新性强 2.2.南极天文观测关键技术与方法研究南极天文观测关键技术与方法研究 实现实现衍射极限的大衍射极限的大视场视场光学望光学望远镜远镜关关键键技技术术方法方法衍射极限像质的衍射极限像质的大口径大口径自适应自适应光学技术及在南极实现衍射光学技术及在南极实现衍射成像的方法；成像的方法；与南极极好视宁度条件匹配的与南极极好视宁度条件匹配的大视大视场场高分辨光学高分辨光学望远镜方案；望远镜方案；大视场高分辨光学成像新概念的研大视场高分辨光学成像新概念的研究；究；南极超高分辨光干涉技术概念研究南极超高分辨光干涉技术概念研究；传统自适应光学系统: 光学元件多，效率低，视场小常规望远镜配大口径自适应副镜: 光学元件少，效率高，动态范围大。全新的大视场高分辨光学望全新的大视场高分辨光学望远镜系统；首次应用于南极远镜系统；首次应用于南极光学红外光学红外望远望远镜的镜的大口径自适应光学技术大口径自适应光学技术。 基于高临界温度超导器件的多频段太赫兹基于高临界温度超导器件的多频段太赫兹 探测器特性研究探测器特性研究应用高临界温度超导隧道结实现更高频段、更宽瞬时带宽、更高灵敏度探测技术。具有高临界温度超导隧道具有高临界温度超导隧道结和热电子混频器在太赫兹波段的噪声结和热电子混频器在太赫兹波段的噪声机制以及各种噪声的温变特性；多频段机制以及各种噪声的温变特性；多频段太赫兹探测器系统中电磁波的分光、传太赫兹探测器系统中电磁波的分光、传输和耦合特性；太赫兹探测器系统关键输和耦合特性；太赫兹探测器系统关键部件的温度特性以及低温互联所致的电部件的温度特性以及低温互联所致的电磁波反射、热耗散及噪声干扰等问题磁波反射、热耗散及噪声干扰等问题。解明高临界温度超导隧道结噪声机制及温变特性；首次实现10K温区工作且接近量子极限灵敏度的太赫兹超导隧道结混频技术。超导隧道结混频器芯片及隧道结截面TEM照片SISSIS信号信号馈馈点点阻抗阻抗变换变换调谐电调谐电感感绝缘层绝缘层超超导导体体超超导导体体势垒势垒介介质衬质衬底底望远镜热分析与光学质量控望远镜热分析与光学质量控制；望远镜关键构件低温特性及对高精度制；望远镜关键构件低温特性及对高精度跟踪系统的影响；能源支撑系统的失效机跟踪系统的影响；能源支撑系统的失效机理及解决方法。理及解决方法。首次建立首次建立极端环境下望远镜系极端环境下望远镜系统的热分析模型统的热分析模型、南极环境下望远镜控制南极环境下望远镜控制系统的分析模型；实现包含机、电、磁、系统的分析模型；实现包含机、电、磁、热等多维参数的中国南极能源支撑系统的热等多维参数的中国南极能源支撑系统的高可靠性优化设计。高可靠性优化设计。 特殊环境下光学红外与太赫兹望远镜关特殊环境下光学红外与太赫兹望远镜关键组件的特性研究键组件的特性研究重大国际合作项目重大国际合作项目强度强度200-1000万元万元 羊八井中意合作项目羊八井中意合作项目 中意合作在我国西藏羊八井（海中意合作在我国西藏羊八井（海拔拔4300m）建造）建造6500m2 RPC地毯式地毯式阵列，在亚甚高能区和更高能区，阵列，在亚甚高能区和更高能区，开展开展 天文观测、天文观测、“膝区物理膝区物理”研究，研究，寻找宇宙线源，监测太阳活动和地寻找宇宙线源，监测太阳活动和地球空间环境变化等球空间环境变化等特征：特征：强强合作、以我为主、强强合作、以我为主、优势互补、目标明确优势互补、目标明确重点项目重点项目重点项目重点项目 强度强度300-500万元万元高纯锗探测器低温制冷方案研究高纯锗探测器低温制冷方案研究极低能量阈高纯锗阵列探测器直接探测暗物质实验极低能量阈高纯锗阵列探测器直接探测暗物质实验中的物理和关键技术问题研究中的物理和关键技术问题研究600mSoudan美国700mY2L韩国800mCanfranc西班牙1000mKamioka日本1100mBoulby英国1400mINO印度1400mLNGS意大利1600mBaksan俄罗斯1500mDUSEL美国2300m2000mSNO加拿大1700mModane法国2500m中国CJPL国际上重要地下实验室比较(单位:岩石厚度) 隧道矿井Deep Underground Lab 极深地下实验室 挑战：挑战：点点面面体体 现有层析PIV系统存在的问题 系统复杂，各部件之间系统复杂，各部件之间的同步困难。的同步困难。 四个相机成像光路的调四个相机成像光路的调节困难。节困难。 数据处理效率较低。数据处理效率较低。 商用软件功能有限商用软件功能有限。 价格高。价格高。常见的层析常见的层析PIV实验控制示意图实验控制示意图科学目标与科学意义：湍流是具有三维、非定常、非线性、科学目标与科学意义：湍流是具有三维、非定常、非线性、宽频域、多尺度等特性的流动，而且在时间和空间上剧烈演宽频域、多尺度等特性的流动，而且在时间和空间上剧烈演化。化。 三维非定常流场测量技术三维非定常流场测量技术是揭示湍流等复杂流动机理所必需的手段。 非定常三维复杂流动的单相机层析非定常三维复杂流动的单相机层析PIVPIV测量系统研究测量系统研究科学仪器基础研究专项科学仪器基础研究专项预期指标、关键科学问题及创新点预期指标、关键科学问题及创新点指标名称指标名称指标范围指标范围粒子场浓度粒子场浓度0.05ppp0.05ppp1 1体素尺寸体素尺寸2 210-10010-100微米微米最大采样频率最大采样频率1kHz1kHz原始映射函数精原始映射函数精度度3 30.50.5像素像素修正后映射函数修正后映射函数精度精度0.0595%95%目标：目标：研制结构简单的单相机层研制结构简单的单相机层析析PIV系统系统系统指标（测量精度）系统指标（测量精度）项目特征：项目特征：目标明确，特色鲜明目标明确，特色鲜明自由申请重大仪器项目自由申请重大仪器项目电磁电磁驱动高能量密度动力学实验装置研制驱动高能量密度动力学实验装置研制 科学目标科学目标：研究研究强耦合场强耦合场下材料下材料及及相关过程的物理相关过程的物理机制或是降低聚变点火的机制或是降低聚变点火的条件；条件；研究研究准等熵压缩下准等熵压缩下材料的动力学行为材料的动力学行为 击动力学、核武器物理和航天技术等学科的研究提供新的击动力学、核武器物理和航天技术等学科的研究提供新的加载技术，大大提高学科的高水平综合实验研究能力。加载技术，大大提高学科的高水平综合实验研究能力。装置设计的三装置设计的三维效果图维效果图意义：意义：该装置的研制成功将该装置的研制成功将是我国高能量密度物理研究加是我国高能量密度物理研究加载技术方面一次重要创新，为载技术方面一次重要创新，为动高压物理、凝聚态物理、冲动高压物理、凝聚态物理、冲电磁电磁驱动高能量密度动力学实验装置研制驱动高能量密度动力学实验装置研制指标：指标：放电峰值电流达到放电峰值电流达到6MA以上、以上、平面准等熵加载压力平面准等熵加载压力150GPa、驱动、驱动小尺寸固体套筒内爆速度大于小尺寸固体套筒内爆速度大于10km/s 等，驱动宏观金属飞片速度达到等，驱动宏观金属飞片速度达到15-20km/s；获得；获得100km/s左右的稠密等左右的稠密等离子体射流；离子体射流；300T脉冲强磁场脉冲强磁场，相关相关技术指标是目前国际上同类型装置水技术指标是目前国际上同类型装置水平最高的；其平面、柱面、与大型激平最高的；其平面、柱面、与大型激光装置复合加载、与外加磁场联合使光装置复合加载、与外加磁场联合使用等多功能是国内用等多功能是国内外外现有同类型实验现有同类型实验装置所不具备的。装置所不具备的。特色：特色：装置体积小，装置体积小，可可拆卸拆卸、搬动，便于与我国大型科学装置搬动，便于与我国大型科学装置耦合耦合。驱动丝阵或固体套筒等负载构件超高速度内爆运动形成高密度、高温等离子体；100km/s 等离子体喷流;10100eV 高温辐射的稠密等离子体项目特征：项目特征：有独特的想法，国内急需有独特的想法，国内急需部门推荐重大仪器项目部门推荐重大仪器项目真实环境和模拟工作状态下材料电子结构的测量真实环境和模拟工作状态下材料电子结构的测量综合高精度电子结构综合高精度电子结构测量测量辅助互补先进光辅助互补先进光源，全面提升电源，全面提升电子结构测量能力子结构测量能力软软x射线弯铁光源射线弯铁光源真空紫外软真空紫外软x射线射线该平台将建成一该平台将建成一台多功能、高精度、高效率、高实用性的材料电子结构台多功能、高精度、高效率、高实用性的材料电子结构综合研究系统综合研究系统。 基于上海同步辐射光源的能源环境基于上海同步辐射光源的能源环境新材料原位电子结构综合研究平台新材料原位电子结构综合研究平台平台平台构成构成拟建平台的关键特色拟建平台的关键特色 国际上集成度最高国际上集成度最高 材料生长材料生长MBEMBE、近常压光电子能谱、近常压光电子能谱(AP-PES)(AP-PES)和近常压光进光出谱和近常压光进光出谱(AP-(AP-PIPOS)PIPOS)、角分辨光电子能谱、角分辨光电子能谱(ARPES)(ARPES)、扫描隧道谱、扫描隧道谱(STS)(STS)、互补性组合、互补性组合光源光源 根据应用需求，选择高效组合根据应用需求，选择高效组合 AP-PES+AP-PIPOS; MBE+AP-PES; MBE+STS; ARPES+STS; AP-PES+AP-PIPOS; MBE+AP-PES; MBE+STS; ARPES+STS; MBE+APRES+STS;MBE+APRES+STS; 模拟环境和工作状态下电子结构测量模拟环境和工作状态下电子结构测量 真正实用的电子结构研究平台真正实用的电子结构研究平台( (电池、催化、水科学电池、催化、水科学) 突破突破7-70 eV7-70 eV低能段超高分辨低能段超高分辨 软软x x射线同步辐射射线同步辐射EPUEPU光源深紫外激光光源深紫外激光拟建平台的创新点拟建平台的创新点集成创新集成创新功能最强、实用性最强、集成度最高功能最强、实用性最强、集成度最高 先进光源和多种电子结构测量手段集成：先进光源和多种电子结构测量手段集成：采用多种互补性先进光源和电子结构测量技术，实现能量、动量、空间、时域电子结构的综合测量和分析，获得低能电子、芯能级和未占据态等电子结构信息; 高精度材料制备集成：高精度材料制备集成：采用MBE/Laser MBE获得原子精度材料控制生长能力，国际上首次实现基于同步辐射光源和高精度材料指标手段的集成;单元技术创新单元技术创新模拟气氛和模拟工作状态模拟气氛和模拟工作状态(高效分析器、原位反应池、低活性腔体)；时间分辨测量时间分辨测量(亚非秒超快脉冲激光)；光源光源 (发明叶形波荡器，降低热负载两个数量级，解决高能环上建低能线这一世界难题)。平台建成后的平台建成后的意义及拟解决的科学问题意义及拟解决的科学问题突破技术限制，突破技术限制，依赖先进光源组合，突破传统超高真空光电电子能谱测量技术的局限，甄别表面和体电子效应、发展界面电子结构测量技术和超快过程电子能谱测量技术；同步辐射同步辐射 + + 深紫外激光深紫外激光 + + 亚飞秒激光亚飞秒激光突破材料限制，突破材料限制，利用原子层非热平衡样品制备技术，有机结合材料生长和原位测量发展各向异性和人工微结构材料的电子结构研究；MBE + ARPES + STM/S MBE + ARPES + STM/S 突破状态限制，突破状态限制，在近常压下研究处于工作状态的器件中以及弛豫状态下材料中电子结构，认识非平衡态电子结构的变化规律；AP-PES + AP-PIPOS AP-PES + AP-PIPOS 总体科学目标：总体科学目标：项目项目拟建国际上首台多功能、高精度、高效拟建国际上首台多功能、高精度、高效率、高实用性的材料电子结构综合研究系统率、高实用性的材料电子结构综合研究系统，可为新型能可为新型能源环境材料研究提供高集成度的综合性源环境材料研究提供高集成度的综合性实验条件，技术手实验条件，技术手段具有国际先进性。段具有国际先进性。项目特征：项目特征：依托于大装置，有明确的科学目标、自己的创依托于大装置，有明确的科学目标、自己的创新技术，实现总体上的集成创新新技术，实现总体上的集成创新冷中子非弹性散射谱仪的研制冷中子非弹性散射谱仪的研制q该项目将基于房山中国先进研究堆中国先进研究堆(CARR(CARR堆），堆），研制一套冷中子非弹性中子散射三轴极化和广谱谱仪系统；冷中子非弹性中子散射三轴极化和广谱谱仪系统；qCARRCARR堆：堆：中子通量并列世界第二，2012年3月达到验收合格；需要建设冷中子非弹性散射谱仪，已预留好位置。冷中子非弹性散射谱仪，已预留好位置。CARRCARR堆及谱仪位置分布示意图堆及谱仪位置分布示意图反应堆大厅反应堆大厅热中子热中子导管大厅导管大厅冷中子冷中子三轴极化谱仪三轴极化谱仪 中子单色系统中子单色系统 中子极化分析系统中子极化分析系统 中子探测系统中子探测系统 中子屏蔽系统中子屏蔽系统 能量分析系统能量分析系统 样品控制系统样品控制系统中子分析器中子分析器中子单色器中子单色器中子极化系统中子极化系统探测器探测器样品台样品台广谱谱仪广谱谱仪u 改用改用多通道能量分析系统多通道能量分析系统u 减去减去极化分析系统极化分析系统u 其它部分其它部分与三轴谱仪相似与三轴谱仪相似多通道能量分析系统多通道能量分析系统中子单色系统中子单色系统概念设计图概念设计图仪器构成仪器构成仪器拟解决的关键问题与创新点仪器拟解决的关键问题与创新点设计图设计图设计图设计图q 三轴极化谱仪：两种中子分析模式的集成三轴极化谱仪：两种中子分析模式的集成 把非极化与两种极化模式集成到一起，实现线性和全分量极化模式切换，可直接用来研究材料内自旋、轨道关联函数的（动力学）特性。 q 广谱谱仪：多通道能量分析系统广谱谱仪：多通道能量分析系统针对非弹性中子测量速率低的缺点，采用多通道中子能量分析并行的方式，对不同散射方向一次性扫描，使数据采集率提高50倍以上。q 两台谱仪两台谱仪：均采用超低背景噪声的双聚焦单：均采用超低背景噪声的双聚焦单色器，提升了分辨率色器，提升了分辨率采用新研制出的双聚焦单色器(聚焦能力强、束流路径无“杂物”)，极大地消除了传统单色器产生的大背底噪声，解决了电机受辐射易损伤的严重问题。新型双聚焦新型双聚焦单色器单色器传统聚焦单传统聚焦单色器色器谱仪技术功能与技术指标的综合比较谱仪技术功能与技术指标的综合比较三轴谱仪三轴谱仪超低噪声超低噪声单色器单色器线性极化分析线性极化分析能力能力全矢量极化分析全矢量极化分析能力能力导管末端的导管末端的有利位置有利位置拟研制拟研制谱仪（谱仪（CARRCARR）具备具备具备具备具备具备具备具备PANDAPANDA( (德国德国FRM-II)FRM-II)不具备不具备具备具备不具备不具备具备具备IN14IN14( (法国法国ILL)ILL)不具备不具备具备具备具备具备不具备不具备SPINSSPINS( (美国美国NIST)NIST)不具备不具备未正常工作未正常工作不具备不具备不具备不具备广谱谱仪广谱谱仪能量分析技术能量分析技术能量分析通道数能量分析通道数测量效率测量效率拟研制拟研制谱仪（谱仪（CARRCARR）简单经济的多串列固定能量分析技术简单经济的多串列固定能量分析技术7070个个3.53.5倍倍国际最先进国际最先进MACS(NIST)MACS(NIST)复杂昂贵的双反射能量分析技术复杂昂贵的双反射能量分析技术2020个个1 1倍倍 谱仪完成后的谱仪完成后的技术指标技术指标与国际先进谱仪的比较与国际先进谱仪的比较指标指标拟研制的谱仪系统拟研制的谱仪系统对比对比国际上国际上最高能量分辨率最高能量分辨率0.05 0.05 mevmev不低于不低于目前最先进的同目前最先进的同类谱仪类谱仪能量观测范围能量观测范围-2 -2 16.5 16.5 meVmeV达到达到中子极化率中子极化率85 %85 %不低于不低于样品测量环境样品测量环境温度：温度： 7 7 mkmk，磁场：，磁场：10 T10 T，压强：，压强：8 GP8 GP达到达到 谱仪完成后的谱仪完成后的技术功能技术功能与国际先进谱仪的比较与国际先进谱仪的比较国际国际最先最先进三进三轴谱轴谱仪仪仪器建成后的应用与拟解决的科学问题仪器建成后的应用与拟解决的科学问题q应用领域应用领域 确定稀土-过渡金属化合物电子关联功能材料中的磁结构 确定各种复杂（多组分、元素质量差异大的）功能材料的晶体结构 测量稀土-过渡金属化合物功能材料的能谱和自旋关联函数的能量动量关系q拟解决的科学问题拟解决的科学问题 发现稀土-过渡金属化合物电子关联功能材料中的新奇量子效应，探索其温度、磁场和压强等外场下的调控行为 研究与电子自旋动力学密切相关的量子效应的微观机理：超导、磁性序等q科学目标的特色科学目标的特色 研制的冷中子非弹性散射谱仪将为非常规高温超导、低维及阻挫量子磁性、磁性材料磁性、磁性材料等提供不可替代的研究平台，满足高能量分辨率的直接探测在能量-动量空间的磁激发谱磁激发谱的需求。项目特征：项目特征：依托于大装置，有独特的科学目标、有自己依托于大装置，有独特的科学目标、有自己的技术特点和创新的技术特点和创新微波电子枪微波系统（一）飞秒激光系统飞秒同步三倍频仪器结构与总体仪器结构与总体技术路线技术路线样品(六)探测系统物镜投影镜挡片聚焦镜锥镜缩束磁透镜（二）超快泵浦光源53(四)高温超导电磁透镜系统(五)样品室(三)兆伏特飞秒高亮度电子源原子尺度超高时空分辨兆伏特电子衍射与成像系统原子尺度超高时空分辨兆伏特电子衍射与成像系统总体科学目标：原子尺度物质结原子尺度物质结构动力学构动力学功能三：超快兆伏特电镜，功能三：超快兆伏特电镜， 针对光合作用、量子涨落、分子库伦爆炸中的不可逆过程研究本功能将提供约10ps和1-10nm的超快单发成像能力微波电子枪微波系统飞秒激光系统聚焦镜飞秒同步三倍频功能一：兆伏特飞秒电子衍射功能一：兆伏特飞秒电子衍射开展对电子强关联体系、气相化学反应等过程中的瞬态结构研究，将提供50fs和0.1的倒空间结构变化解析能力样品探测系统锥镜超快泵浦光源功能二：超快无透镜功能二：超快无透镜相干衍射成像相干衍射成像 针对无序物质或液针对无序物质或液体的体的局域形貌局域形貌瞬态变化瞬态变化研究，研究，将提供约将提供约1ps和和约约1nm的超快实空间成的超快实空间成像能力像能力逐步提高系统应用范围、提供实空间成像信息性能指标分析性能指标分析功能功能( (一一) )MeVMeV飞秒电子衍射飞秒电子衍射( (二二) )超快无透镜超快无透镜相干衍射成像相干衍射成像( (三三) )超快兆伏特电镜超快兆伏特电镜目前水平目前水平(代表性单位代表性单位)0.1埃埃/亚皮秒亚皮秒（加州理工）（加州理工）无无10纳米纳米/纳秒纳秒（美国（美国LLNL）本项目本项目科学目标科学目标0.1埃埃/50飞秒飞秒1纳米纳米/1皮秒皮秒1-10纳米纳米/10皮秒皮秒应用目标应用目标（1）瞬态结构瞬态结构（2）瞬态局域形貌瞬态局域形貌（3）不可逆过程不可逆过程本系统预期达到的工作参数与相应世界最好水平相比，均有大幅度提高（12个量级），可满足原子尺度物质结构动力学研究的需求拟解决的关键技术拟解决的关键技术主要技术难点：(一) MeV飞秒电子衍射：如何实现50飞秒时间分辨率(二) 超快无透镜相干衍射成像：如何提高电子脉冲相干长度 (三) 超快兆伏特电镜：如何实现和精确控制强磁场分布兆伏特飞秒高亮度电子源高温超导电磁透镜系统技术难点一：如何实现技术难点一：如何实现5050飞秒时间分辨率飞秒时间分辨率( (电子脉宽电子脉宽) )时间分辨率激光脉冲宽度电子脉冲宽度速度失配时间抖动50fs20fs20fs10fs40fs飞秒同步微波系统样品高效率光阴极Scale2301高梯度微波加速场MeV探测电子高功率超快激光泵浦激光原理性实验已获得约100飞秒的电子脉冲，通过研制新一代光阴极微波电子枪将电子脉冲宽度进一步降低至20飞秒以下电子纵向分布相空间旋转,能量补偿时间能量E/E 10-3E/E 10-51tElE1.5腔 单腔58技术难点二：如何提高电子脉冲相干长度创新性地采用高亮度2.5腔微波电子源方案，将时间相干长度提高两个数量级铜线圈高温超导线圈技术难点三：如何实现和精确控制强磁场分布技术难点三：如何实现和精确控制强磁场分布发展高温超导电磁透镜代替传统透镜、实现和精确控制近发展高温超导电磁透镜代替传统透镜、实现和精确控制近3T3T强磁强磁场分布，目前在场分布，目前在BNLBNL已实现已实现10T10T磁场的实验验证磁场的实验验证CcBrc已与美国已与美国BNL实验室实验室R.Gupta研研究员合作究员合作完成电磁透镜基本设计完成电磁透镜基本设计项目特征：项目特征：科学目标独特、整体设计新颖、有自己的技术特点和科学目标独特、整体设计新颖、有自己的技术特点和创新、一定的国际合作创新、一定的国际合作科学基金对科学基金对大科学装置大科学装置的资助与展望的资助与展望欢迎批评指正！