科研动态 | 我院葛育霖博士后、卢亮教授在《The Innovation》发表关于大型加速器建设成本研究成果
科研动态｜我院葛育霖博士后、卢亮教授在《The Innovation》发表关于大型加速器建设成本
研究成果
近日，我院葛育霖博士后和卢亮教授围绕大型科学装置建设投入问题开展研究，从宏观经济视角重新审视大型加速器的建设成本。建一座大型加速器，动辄需要几十亿甚至上百亿美元——但这样的投入，到底算不算“贵”？研究团队系统梳理全球大型加速器设施的建设预算、所在经济体GDP及人口等数据，提出以建设预算占GDP比例和人均建设成本衡量大型加速器的相对投入，为理解下一代大型科学装置的建设规模及经济负担提供了新的量化视角。相关成果以“How Much Is Too Much? A GDP-Share Lens on National Ambitions for Large Accelerator Facilities”为题发表于国际综合性学术顶级期刊The Innovation，影响因子39.5。
大型粒子加速器是探索物质基本结构和宇宙基本规律的重要科学基础设施，这些大科学装置不断拓展着人类认识微观世界的边界。然而，它们往往也意味着数十亿美元的投资和十余年的建设周期。问题在于，仅仅看到“几十亿美元”这个数字，我们真的能够判断一座大型加速器贵不贵吗？同样一笔建设预算，对不同经济规模的国家意味着完全不同的投入水平；即使对于同一个国家，不同时期相同金额的建设预算，相对于整体经济规模的意义也可能截然不同。
为了回答这一问题，研究团队系统整理了美国、欧洲、日本、韩国和中国等国家和地区的37个已批准或拟议大型加速器设施，比较其建设预算、批准年份、所在经济体GDP和人口等信息。在此基础上，团队采用了两项容易理解的指标：
第一项是建设预算占GDP比例，即设施建设预算除以对应年份的GDP。例如，建设预算占GDP万分之2.72，意味着每1万元经济产出，对应约2.72元的项目建设预算。
第二项是人均建设成本，即建设预算除以对应经济体的人口。它可以从人口尺度帮助理解大型科学装置的投入规模，但并不意味着每个人实际需要支付这笔费用。
通过这两项指标，不同国家、不同时期的大型加速器可以被放到相对统一的尺度下进行比较。
全球37个大型加速器设施的批准年份与经济规模、人口等信息
研究发现，在纳入统计的33个已获批设施中，约四分之一的项目，建设预算占GDP的比例不高于万分之0.494；约一半不高于万分之1.05；约四分之三不高于万分之2.72。少数项目的占比则明显较高。因此，万分之2.72可以作为一个历史参照：高于这一比例，意味着项目的相对投入已经超过样本中约四分之三的已获批大型加速器设施。
人均建设成本也呈现出类似的分布。在33个已获批设施中，约四分之一的项目人均建设成本不高于0.29美元，约一半不高于2.69美元，约四分之三不高于4.71美元。因此，4.71美元/人同样可以作为一个历史参照：高于这一数值，意味着项目的人均建设成本超过样本中约四分之三的已获批设施。
全球大型加速器设施建设预算占GDP比例、人均建设成本及未来变化
估算
历史上的两个著名大型加速器项目，可以进一步帮助理解这把“经济标尺”。美国超级超导对撞机（SSC）最初预算约为44亿美元，相当于当时美国GDP的万分之9.06，人均约18美元。项目获批后成本不断上升，最终于1993年被取消。相比之下，欧洲大型强子对撞机（LHC）获批时，建设成本约为成员国GDP的万分之2.72，人均约4.6美元。LHC最终成功建成，并取得发现希格斯玻色子等重大科学成果。
这两个案例并不能说明GDP占比决定一个项目最终的命运，却直观展示了一个重要问题：评价大型科学装置的投入，除了看“花多少钱”，还需要看这笔钱所代表的相对经济负担。
下一代大型对撞机，要投入多少？
在建立历史参照后，研究团队进一步将这一方法应用于目前国际上受到广泛关注的下一代大型对撞机方案。
其中，中国拟议的环形正负电子对撞机（CEPC）尤其值得关注。按照研究采用的预算数据和2025年经济规模估算，CEPC建设预算约为51.5亿美元。如果仅看绝对数字，这无疑是一笔巨额投入；但将其放到中国整体经济规模中，建设预算约占GDP的万分之2.68，人均建设成本约为3.64美元。两个指标均处于历史样本的主要分布范围内。
研究同时分析了另外三个拟议中的下一代大型对撞机。中国超级质子-质子对撞机（SPPC）按约125亿美元估算，建设预算约占GDP的万分之6.50，人均约8.83美元；欧洲未来环形对撞机正负电子阶段（FCC-ee）估算投资约180亿美元，建设预算占GDP约万分之9.00；拟在日本建设的国际直线对撞机（ILC），仅按照日本承担部分约35.5亿美元计算，建设预算约占日本GDP的万分之8.48。与万分之2.72这一历史统计参照相比，CEPC略低于这一水平，而SPPC、FCC-ee和ILC则高于这一水平。
经济增长也会改变这些比例。因此，团队进一步结合国际货币基金组织（IMF）的GDP增长预测，分析了未来经济增长对大型对撞机相对投入水平的影响。随着经济规模增长，2025年以后CEPC建设预算占中国GDP的比例将进一步下降；SPPC、FCC-ee和ILC近期的建设预算占GDP比例仍高于前述历史参照。
这两个指标为比较不同国家、不同时期的项目提供了直观起点。真正决定是否建设，还要评估财政承受能力、建设期间的资金安排，以及运行、维护和升级成本，并开展更全面的成本收益分析。
对于相对投入较高的项目，可以探索分阶段建设和国际合作。前者可分期安排投入，后者可让多个国家共同承担成本、共享科学成果。如何把科学目标与建设节奏结合起来，是下一代大型加速器走向现实的重要问题。
这项研究提供了一个更加直观的观察视角：大型加速器“贵不贵”，不能只看几十亿美元的价格标签。把建设预算放到GDP和人口尺度中，才能进一步理解这笔投入究竟有多大。面对下一代大型加速器，我们既要问“它能带来什么科学突破？”，也需要问“怎样安排投入，才能让科学目标真正落地？”
发表论文信息
Ge Y. and Lu L. (2026). How much is too much? A GDP-share lens on national ambitions for large accelerator facilities. The Innovation7:101577.
作者简介
葛育霖，中山大学中法核工程与技术学院博士后。主要从事加速器物理与技术、人工智能与优化算法在加速器设计及核技术中的应用研究，研究方向涉及射频四极加速器（RFQ）束流动力学设计与优化、加速器智能调谐、硼中子俘获治疗（BNCT）等。
https://ifcen.sysu.edu.cn/teacher/1552
卢亮，中山大学中法核工程与技术学院教授。主要从事加速器物理与技术研究，长期开展强流重离子加速器、新型加速结构及核技术应用研究，研究方向涉及癌症注入器、核药注入器、束流控制与辐照等，参与HIAF、CiADS等大科学装置建设。
https://ifcen.sysu.edu.cn/teacher/LuLiang
图文：葛育霖
初审：周越
审核：倪木一、刘李云
审核发布：屈琼斐
中法核工程与技术学院
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