日报标题：实验室里用的仪器，都是科学家自己设计的吗？
Luyao Zou，光谱学/物理化学/文理叠加态/别再邀请我回答高中化学了
这个问题也是有点隔行如隔山的。现在成熟的商业仪器，比如题主问到的 PCR 和 MS，还有 NMR，FTIR，UV-vis 等等，基本都是企业在做制造、研发和改进，基础研究的实验室里要用买就行了。
但如果题主要追溯说这些仪器最早的起源，大多应该还是在基础研究实验室中，为了某种特定的实验目的，或者验证某个理论家提出的理论，手工搭出来的。事实上，现在很多基础研究的实验室，比如光谱学实验室，研究人员就仍旧自己搭仪器来实现特殊的需求，并且会将新搭建的仪器专门写成论文发表。仪器的零部件通常都是可以找到商业化的产品的，比如各种真空部件、电子电路、光学元件、光源、探测器等等。但是，为了实现某种特殊的实验目的，研究人员需要将这些部件创新性地组合到一起，并且可能需要定制一些部件。小的定制可能可以直接在本地实验室中制作，比如打孔焊电路什么的；复杂一点的就用软件做出设计图，交付精工车间去制作。这些自己定制的实验装置，就经常是电线到处乱窜的样子（因为通常不需要考虑商业化中的紧凑化、外形设计、保护措施、用户交互等等，只要能用就行了）
【图片来自 Stewart E. Novick 的实验室，气象光谱学标配，不过他这个真空室真够大的】
我自己的手活是很差的……只会打打孔。这算是我自己做的比较复杂的小东西了吧。你看我还不小心把 taper 折断在里面了，真是丢人。肯定是要被工科同学笑话的。其他部件基本都是买的，或者交车间去做的。我觉得一个实验室的手工能力可能是一个传统传承的问题，年代比较久、并且老板自己比较会动手的就会比较强。学生如果都是从小从玩具拆到汽车的，本身喜欢鼓捣新东西，也会给实验室带来更多的手工制作元素。
AIP 的这本杂志就专门发表各种仪器装置，历史很悠久了。Review of Scientific Instruments 你不要看它 IF 2.0 都不到，很多改变整个领域研究方式的重大进展都发在这上面的。
我们实验室人手一本的入门工具书，从认识各种材料和各种尺寸的钻头螺丝开始，切片打孔、真空系统、电路系统、光学系统……应有尽有。
所以每个做实验物理学的学生动手能力都是很强哒！上得厅堂下得厨房。
比较有钱的大实验组有的时候会专门聘请工程师来负责实验室中的部件设计和定制。这种组比较壕，没钱的组通常就只能压榨可怜的 PHD 自己上了。
实验科学家和工程师的区别可能在于，实验科学家啥都知道一点，但不精。实验科学家去设计仪器部件的时候，不光要考虑工程上的制作难度和强度，更要做很多理论计算，比如计算设想中实验部件的光学性质、电学性质、流体力学性质等等，是否能够符合实验的需要。工程师应该会考虑到更专业更细节方面的事情吧，比如某个特定的形状到底怎么制作出来、保证精度啥的；电气工程师会考虑电子原件的各种特性曲线、响应、带宽、噪声什么的，实验科学家可能只要读懂部件的参数然后选合适的来用就可以了，不一定需要明白具体怎么实现这些参数。
知乎用户，汪！
能买则买，不能则造，买不如造。
加速器(例如粒子对撞机)在建设的时候有建设指标，每个部件要达到指定的设计指标。
如果该部件在市场上有现成的，满足指标要求，而且价格还可以接受，那么买。
如果该部件在市场上没有满足要求的，或者很贵，甚至市场上根本没有，那么实验室自己做。所谓自己做，一般是由实验室设计甚至要提供相关技术，然后交给企业负责生产。
中国有些实验室因为经费少，还会选择低价购买国外实验室淘汰的设备……
对于加速器和探测器来说，有时候你想跟其他现有的加速器和探测器竞争，那么在关键性能上必须要超过其他人，市场上很难有现成的东西，必须自己做了。
举个粒子物理实验的例子，中国的大亚湾中微子实验抢在韩国人和欧洲人之前，在 2012 年测到了中微子物理的基本常数之一 theta13 角。
受此鼓舞，中国目前正在建设大亚湾中微子实验的二期工程——江门中微子实验，中微子探测的关键部件之一是高性能的光电倍增管，用于探测极微量的光子。国际上高性能光电倍增管的制造被日本滨松光子学株式会社垄断，中科院高能物理研究所的研究员曹俊说，
粒子物理实验的核心竞争力在于探测器的设计与建造。与神冈实验同时代的美国 IMB 实验，由雷因斯（因 1956 年发现中微子而获 1995 年诺奖）领导，也探测到了超新星中微子，但神冈实验得以升级成超级神冈，而 IMB 则就此散伙，其中一个重要原因是日本会做 20 英寸光电倍增管，因此实验成本大大低于只会做 5 英寸管的美国。20 英寸管正是铃木厚人研制出来的。日本滨松是唯一批量生产过 20 英寸管的公司，后来打垮了欧洲的竞争者 Photonics 和 ET，基本上垄断了光电倍增管市场。诺贝尔奖网站上有一张照片，就是小柴昌俊抱着 20 英寸光电倍增管。
中微子实验需要很多很多的光电倍增管，看看日本的超级神冈中微子探测器感受一下(照片左边是 3 个小白人)：
中国的江门中微子实验也需要大量的光电倍增管，而光电倍增管被日本滨松垄断了，是花大钱买他们的产品，还是怎么办？
自己造！为此，我们的科学家跑遍了全国的高校和企业等等单位，发展制作光电倍增管的关键技术并实现批量生产，最后成功了。【科技日报】江门中微子实验关键技术攻克
12 月 16 日，“江门中微子实验 20 吋光电倍增管采购合同签约仪式”在中科院高能物理研究所举行。按合同约定，中国兵器工业集团北方夜视技术股份有限公司，将在 3 年内为江门中微子实验生产 1.5 万支拥有完全自主知识产权的 20 吋光电倍增管。此前，这一部件全世界只有日本的一家公司能生产。
江门中微子实验负责人王贻芳介绍说，光电倍增管是粒子物理及核物理实验的通用部件，它的作用是将光信号转化为电信号。这次国产部件合同涉及金额 2 亿多元人民币，是高能物理所建所以来最大的单批货物采购。
早在 2008 年大亚湾反应堆中微子实验工程建设期间，高能物理所就启动了大亚湾二期（现更名为“江门中微子实验”）关键器件——光电倍增管的预研，希望实现国产化。当时的项目筹备组先后与国内许多单位进行洽谈和合作。2011 年成立了由高能物理所牵头，北方夜视技术股份有限公司、中国科学院西安光学精密机械研究所、中核控制系统股份有限公司和南京大学组成的研制合作组。历时 4 年，攻克了高量子效率的光阴极制备技术、微通道板、大尺寸低本底玻壳、以及真空光电子器件封装技术等多个技术难点，研制出量子效率、收集效率和单光电子峰谷比等关键技术指标达到国际先进水平的样管，拥有完全自主知识产权，并进入工程化和批量生产准备阶段。这一成功提升了国内企业在超大型电真空器件的研制和批量生产的能力。高能物理所曹俊研究员认为，这次攻关成功有很好的示范意义，不亚于大亚湾的成功。
上图来自曹俊研究员：中国科学家打破日本人垄断，成功研制出自己的 20 英寸光电倍增管。
上图是高能所和北方夜视的签约仪式，会议桌上放着两个金光闪闪的 20 英寸光电倍增管。
评论中有网友比较关心价格和质量问题，在这里插入一些补充：
2015 年，北方夜视为中科院高能所生产 15000 个 20 吋光电倍增管，合同总金额 2.7 亿人民币，每个价格约为 18000 元人民币。(参考：打破国外技术垄断 填补国内空白 夜视集团)
2001 年，滨松为日本本土的超级神冈实验生产的 20 吋光电倍增管，每个价格约为 3000 美元，按当年 1 美元≈8.27 人民币，每个价格约为 24800 元人民币。出口给中国的话，价格应该只会更高不会更低。(参考：http://physicsworld.com/cws/article/news/2001/nov/15/accident-grounds-neutrino-lab)
还是自己造划算，其性能也完全能满足江门中微子实验的灵敏度要求。
至于说为什么美国人的 IMB 中微子实验被日本人打垮了，确实是因为美国人造不出 20 英寸管，美国人只会造 5 英寸管，灵敏度没有 20 英寸管好，IMB 实验因此竞争不过日本的神冈实验。
你也许会问那为何美国人不买日本人的光电倍增管把 IMB 实验继续下去？大抵是因为 IMB 与神冈实验存在竞争，日本滨松肯定是优先供应本国的实验，等美国人能买到东西的时候，日本人的神冈早已经抢先升级成超级神冈。
在高精尖的仪器方面，有时候由于国外对中国禁售，导致国内研究落后国外很多年，相信很多做科研的朋友都有经历或耳闻。
中国老百姓更为熟悉的应该是航空发动机的故事，每当有新闻说中国研制出某某新型号飞机的时候，新闻下的评论总会有人讽刺说“然而你国造不出好的发动机”。突破需要积累，希望网民们少些挖苦多些鼓励，中国的研究者们恐怕比谁都着急啊。
现在，尽管比日本晚了将近 20 年，但我们还是造出了自己的 20 吋光电倍增管，从此不再受制于人。依托大型科学装置的实验项目，我们不仅能够在基础研究领域获得一席之地，也能在研制相关仪器的过程中掌握自主创新的核心技术，带动国家相关产业的发展。
粒子物理是最重要的科学前沿之一。中国的大亚湾实验已在该领域取得世界瞩目的重大成果，发现了中微子第三种振荡模式，打开了理解反物质消失之谜的大门。江门中微子实验将解决国际中微子研究中下一个热点和重大问题：中微子质量顺序，同时可以进行其他丰富的物理研究。它将巩固中国在中微子研究领域的领先地位，成为国际中微子研究的中心之一。
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