国家重大科技基础设施（大设施）是开展基础研究的“国之重器”，是前沿探索的核心工具和承载平台。目前，北京在怀柔科学城布局的重大科技基础设施平台达37个，组成了全国密度最高的重大科技基础设施平台集群。

高能同步辐射光源稳定出光，科研人员赞不绝口

怀柔科学城有一座“超级显微镜”——高能同步辐射光源（HEPS），它不仅是亚洲首个第四代同步辐射光源，也是中国首个高能量的同步辐射光源，是目前全球设计亮度最高的同步辐射光源。

高能同步辐射光源（HEPS）航拍图。中国科学院高能物理研究所供图

“HEPS本质上是一台性能极其强大的X光机，它以‘加速电子生产光’为核心原理，可发出比太阳亮1万亿倍的X射线，深层次探索微观世界。”中国科学院高能物理研究所研究员、高能同步辐射光源项目加速器部副主任焦毅说，HEPS使中国继欧、美之后跻身为世界三大第四代高能同步辐射光源所在地之一，将与我国现有的光源形成能区互补，面向航空航天、能源环境、生命医药等领域用户开放。

2019年，HEPS正式动工建设，2025年10月通过工艺验收，12月起已接待91个单位、200余个课题开展研究，用户包括北大、清华，中国科学院物理所、大连化物所等科研机构，以及宁德时代、比亚迪等领军企业。谈及具体应用场景，焦毅说，HEPS发出的光线能量可达300千电子伏特，能穿透几厘米的钢板。在硬X射线成像线站中，材料内部肉眼不可见的裂纹将无所遁形。在材料科学方面，它可以检测航空发动机叶片等合金材料内部的微小缺陷；在能源研究领域，它可以实时观察电池在充放电过程中的内部结构变化，提升电池安全性；它还可以助力绘制灵长类脑器官的神经连接图谱，支撑脑科学研究。

今年3月下旬，HEPS已面向全球征集首轮用户实验课题，标志着该装置从建设阶段转向正式开放运行的准备阶段。“试运行的几个月里，各项指标全部达到或优于国家验收指标，用户对出光的质量、稳定性赞不绝口。”焦毅说，如今，这座大科学装置距离迎接国家验收的日期正越来越近。最近，他正带领团队，忙着“训练”高速奔跑的电子。

在周长约1360米的储存环里，高能电子束1秒钟就能跑超过22万圈。为了让它们不“脱轨”，科研团队借助设备每秒要进行2.2万次操控，确保轨道波动幅度小于1微米，从而稳定产出高能X光。“未来几年，可靠性运行目标是达到98%以上，即每100小时供光时间内，至少98小时为高质量稳定供光。”

HEPS正是怀柔科学城布局的大科学装置之一。目前，怀柔科学城布局的6个重大科技基础设施（大科学装置）、17个科教基础设施和14个交叉研究平台，已有29个进入科研状态。截至2025年底，累计开放机时达到177万小时、8.3亿CPU（中央处理器）核时。

北京依托大设施扎实推进基础研究与关键技术攻关，多项成果达到国际领先水平。如中国科学院物理所依托综合极端条件实验平台、清洁能源材料平台等，与华为、宁德时代等行业龙头企业共建6个联合实验室，产研协同突破关键核心技术。

自主创新打造高端科学仪器

北京市持续推动高端科学仪器创新发展，努力实现用自主的科学仪器来解决重大基础研究问题。

低温在凝聚态物理研究中至关重要。高端的扫描探针显微镜能像探针读取唱片一样，在原子、分子尺度上“触摸”并成像，是纳米科技、量子计算等前沿领域不可或缺的重要工具。

但扫描探针显微镜要实现高性能运行，往往需要低温环境。传统技术路线需要使用液氮或液氦这样的制冷剂进行降温，但液氦资源匮乏、价格昂贵，这不仅导致设备运行成本高昂，而且使得科研活动受制于液氦供应的不稳定性。

扫描探针显微镜高端设备长期被国外垄断。2018年，中国科学院物理所研究员郇庆创立企业中科艾科米（北京）科技有限公司，这是在怀柔科学城落户的首家科学仪器企业。郇庆将近20年积累的科研成果投入转化，立志要自主研发高端扫描探针显微镜。

解决“液氦之困”可能的路径是采用闭循环无液氦制冷的方式。但无液氦技术最难啃的骨头，是解决“制冷”与“振动”的矛盾。传统的无液氦方案采用“近端制冷”，将制冷机紧挨着显微镜，制冷机产生的振动会让成像噪声难以消除。郇庆团队另辟蹊径，提出了颠覆性的“远端液化”方案。通过一根柔性管道，将液化的超流氦循环输送到显微镜腔体内降温。只需灌装一次10至15升的氦气，设备就能连续稳定运行数月，温度可以降至零下270℃以下，成像分辨率达到了国际顶尖水准。

如今，这套国产设备多项性能领先国际同类产品，近几年新增市场占有率稳居全国首位。北京大学、中国科技大学、上海交通大学、苏州大学等团队利用该设备，在《自然》等国际知名期刊上接连发表重要成果。

“北京推动科学仪器优势企业与科研院所联合攻关，已实现无液氦稀释制冷机、高分辨率质谱仪、扫描探针显微镜、全光谱流式细胞仪等标志性整机突破。”北京市科委、中关村管委会相关负责人说。　

北京基础研究原创成果多次入选中国科学十大进展

北京基础研究原创成果量质齐升。“十四五”期间，入选中国科学十大进展的重大成果，半数由北京科学家牵头研发。

在中国科学院地质与地球物理研究所，科研团队从细密如面粉的月壤中，仔细挑选粒径相对较大的颗粒，埋入树脂靶中固定。一元硬币大小的树脂靶上，包埋了总重量仅有几毫克的20多万个月壤颗粒。这些珍贵的月球背面月壤正支撑科研人员开展物质结构与成分、地球化学、年代学分析。

科研人员在场发射扫描电镜下观察月壤形貌与物质组成。新京报记者 张璐 摄

据该所研究员陈意介绍，在嫦娥六号样品返回之前，人类对月球演化历史的认知几乎全部基于正面样品的研究，对月球背面演化历史的了解几乎是一片空白。嫦娥六号任务实现了人类首次月球背面采样返回，为揭示这片神秘区域的演化历史提供了独一无二的样本。

这些样品来自月球三大地体之一的南极-艾特肯盆地，它是月球最大、最古老的撞击坑，直径约2400千米。据估算，形成这个巨坑所释放的能量，相当于约2万亿颗原子弹同时爆炸。

2025年，中国科学院地质与地球物理研究所、广州地球化学研究所、国家天文台，中国地质科学院地质研究所和南京大学团队，通过对嫦娥六号样品的系统研究，取得了一系列首创性关键进展：重塑早期撞击历史、揭示月幔“二分性”特征、获得月球磁场新认知……这些成果被总结为“嫦娥六号样品首次揭示月背演化历史和巨型撞击效应”，入选2025年度中国科学十大进展。

陈意说，“北京是全国重大科技基础设施最为密集的区域，各大科研团队也在这里汇聚，为科研人员联合攻关提供了极佳条件。”未来，随着对月壤样品分析程度的加深，北京越来越多的科技设施平台将发挥重要作用。

新京报记者 张璐

编辑 刘梦婕 校对 贾宁