國家重大科技基礎設施（大設施）是開展基礎研究的“國之重器”，是前沿探索的核心工具和承載平臺科技。目前，北京在懷柔科學城佈局的重大科技基礎設施平臺達37個，組成了全國密度最高的重大科技基礎設施平臺叢集。
高能同步輻射光源穩定出光科技，科研人員讚不絕口
懷柔科學城有一座“超級顯微鏡”——高能同步輻射光源（HEPS），它不僅是亞洲首個第四代同步輻射光源，也是中國首個高能量的同步輻射光源，是目前全球設計亮度最高的同步輻射光源科技。
高能同步輻射光源（HEPS）航拍圖科技。中國科學院高能物理研究所供圖
“HEPS本質上是一臺效能極其強大的X光機，它以‘加速電子生產光’為核心原理，可發出比太陽亮1萬億倍的X射線，深層次探索微觀世界科技。”中國科學院高能物理研究所研究員、高能同步輻射光源專案加速器部副主任焦毅說，HEPS使中國繼歐、美之後躋身為世界三大第四代高能同步輻射光源所在地之一，將與我國現有的光源形成能區互補，面向航空航天、能源環境、生命醫藥等領域使用者開放。
2019年，HEPS正式動工建設，2025年10月透過工藝驗收，12月起已接待91個單位、200餘個課題開展研究，使用者包括北大、清華，中國科學院物理所、大連化物所等科研機構，以及寧德時代、比亞迪等領軍企業科技。談及具體應用場景，焦毅說，HEPS發出的光線能量可達300千電子伏特，能穿透幾釐米的鋼板。在硬X射線成像線站中，材料內部肉眼不可見的裂紋將無所遁形。在材料科學方面，它可以檢測航空發動機葉片等合金材料內部的微小缺陷；在能源研究領域，它可以即時觀察電池在充放電過程中的內部結構變化，提升電池安全性；它還可以助力繪製靈長類腦器官的神經連線圖譜，支撐腦科學研究。
今年3月下旬，HEPS已面向全球徵集首輪使用者實驗課題，標誌著該裝置從建設階段轉向正式開放執行的準備階段科技。“試執行的幾個月裡，各項指標全部達到或優於國家驗收指標，使用者對出光的質量、穩定性讚不絕口。”焦毅說，如今，這座大科學裝置距離迎接國家驗收的日期正越來越近。最近，他正帶領團隊，忙著“訓練”高速奔跑的電子。
在周長約1360米的儲存環裡，高能電子束1秒鐘就能跑超過22萬圈科技。為了讓它們不“脫軌”，科研團隊藉助裝置每秒要進行2.2萬次操控，確保軌道波動幅度小於1微米，從而穩定產出高能X光。“未來幾年，可靠性執行目標是達到98%以上，即每100小時供光時間內，至少98小時為高質量穩定供光。”
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HEPS正是懷柔科學城佈局的大科學裝置之一科技。目前，懷柔科學城佈局的6個重大科技基礎設施（大科學裝置）、17個科教基礎設施和14個交叉研究平臺，已有29個進入科研狀態。截至2025年底，累計開放機時達到177萬小時、8.3億CPU（中央處理器）核時。
北京依託大設施紮實推進基礎研究與關鍵技術攻關，多項成果達到國際領先水平科技。如中國科學院物理所依託綜合極端條件實驗平臺、清潔能源材料平臺等，與華為、寧德時代等行業龍頭企業共建6個聯合實驗室，產研協同突破關鍵核心技術。
自主創新打造高階科學儀器
北京市持續推動高階科學儀器創新發展，努力實現用自主的科學儀器來解決重大基礎研究問題科技。
低溫在凝聚態物理研究中至關重要科技。高階的掃描探針顯微鏡能像探針讀取唱片一樣，在原子、分子尺度上“觸控”併成像，是奈米科技、量子計算等前沿領域不可或缺的重要工具。
但掃描探針顯微鏡要實現高效能執行，往往需要低溫環境科技。傳統技術路線需要使用液氮或液氦這樣的製冷劑進行降溫，但液氦資源匱乏、價格昂貴，這不僅導致裝置執行成本高昂，而且使得科研活動受制於液氦供應的不穩定性。
掃描探針顯微鏡高階裝置長期被國外壟斷科技。2018年，中國科學院物理所研究員郇慶創立企業中科艾科米（北京）科技有限公司，這是在懷柔科學城落戶的首家科學儀器企業。郇慶將近20年積累的科研成果投入轉化，立志要自主研發高階掃描探針顯微鏡。
解決“液氦之困”可能的路徑是採用閉迴圈無液氦製冷的方式科技。但無液氦技術最難啃的骨頭，是解決“製冷”與“振動”的矛盾。傳統的無液氦方案採用“近端製冷”，將製冷機緊挨著顯微鏡，製冷機產生的振動會讓成像噪聲難以消除。郇慶團隊另闢蹊徑，提出了顛覆性的“遠端液化”方案。透過一根柔性管道，將液化的超流氦迴圈輸送到顯微鏡腔體內降溫。只需灌裝一次10至15升的氦氣，裝置就能連續穩定執行數月，溫度可以降至零下270℃以下，成像解析度達到了國際頂尖水準。
如今，這套國產裝置多項效能領先國際同類產品，近幾年新增市場佔有率穩居全國首位科技。北京大學、中國科技大學、上海交通大學、蘇州大學等團隊利用該裝置，在《自然》等國際知名期刊上接連發表重要成果。
“北京推動科學儀器優勢企業與科研院所聯合攻關，已實現無液氦稀釋製冷機、高解析度質譜儀、掃描探針顯微鏡、全光譜流式細胞儀等標誌性整機突破科技。”北京市科委、中關村管委會相關負責人說。
北京基礎研究原創成果多次入選中國科學十大進展
北京基礎研究原創成果量質齊升科技。“十四五”期間，入選中國科學十大進展的重大成果，半數由北京科學家牽頭研發。
在中國科學院地質與地球物理研究所，科研團隊從細密如麵粉的月壤中，仔細挑選粒徑相對較大的顆粒，埋入樹脂靶中固定科技。一元硬幣大小的樹脂靶上，包埋了總重量僅有幾毫克的20多萬個月壤顆粒。這些珍貴的月球背面月壤正支撐科研人員開展物質結構與成分、地球化學、年代學分析。
科研人員在場發射掃描電鏡下觀察月壤形貌與物質組成科技。新京報記者 張璐 攝
據該所研究員陳意介紹，在嫦娥六號樣品返回之前，人類對月球演化歷史的認知幾乎全部基於正面樣品的研究，對月球背面演化歷史的瞭解幾乎是一片空白科技。嫦娥六號任務實現了人類首次月球背面取樣返回，為揭示這片神秘區域的演化歷史提供了獨一無二的樣本。
這些樣品來自月球三大地體之一的南極-艾特肯盆地，它是月球最大、最古老的撞擊坑，直徑約2400千米科技。據估算，形成這個巨坑所釋放的能量，相當於約2萬億顆原子彈同時爆炸。
2025年，中國科學院地質與地球物理研究所、廣州地球化學研究所、國家天文臺，中國地質科學院地質研究所和南京大學團隊，透過對嫦娥六號樣品的系統研究，取得了一系列首創性關鍵進展：重塑早期撞擊歷史、揭示月幔“二分性”特徵、獲得月球磁場新認知……這些成果被總結為“嫦娥六號樣品首次揭示月背演化歷史和巨型撞擊效應”，入選2025年度中國科學十大進展科技。
陳意說，“北京是全國重大科技基礎設施最為密集的區域，各大科研團隊也在這裡匯聚，為科研人員聯合攻關提供了極佳條件科技。”未來，隨著對月壤樣品分析程度的加深，北京越來越多的科技設施平臺將發揮重要作用。
新京報記者 張璐
編輯 劉夢婕 校對 賈寧
