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发布日期：2024-04-27 07:17 点击次数：113
本报记者 赵 昊
中国锦屏地下实验室二期锦屏大程序A2实验厅。
位于中国锦屏地下实验室二期的JUNA深地核天体物理实验安设。
科研东谈主员在中国锦屏地下实验室开展有关实验。
锦屏山交通大肆东端。
近期，中国锦屏地下实验室二期极深地下极低辐射本底前沿物理实验程序土建公用工程完工，具备实验条目。首批来自清华大学、上海交通大学、中国原子能科学不竭院等高校和科研院所的10个实验名目组进驻开展科学实验。
这座寰宇最深、最大的极深地下实验室何如建成？对于科研篡改具有什么真谛真谛？本报记者进行了采访。
打造理思环境
锦屏山位于四川省凉山彝族自治州，源流于青藏高原的雅砻江沿着锦屏山波折流淌。这里地势笔陡，赋存着丰富的水能资源，接踵建成两座寰宇级水电站(国投集团雅砻江公司锦屏一级、锦屏二级水电工程名目)。长达17.5公里、垂直岩石遮蔽约2400米的锦屏山大肆穿山而过，贯穿两座水电站，这也恰是中国锦屏地下实验室的开端。
本世纪初，清华大学工程物理系团队初始暗物资实验不竭。暗物资，世俗地讲即是那些既不辐射光、也不接收和反射光的物资。到现在为止，暗物资存在的多个科学笔据都是由天文不雅测给出的。根据天文不雅测数据和不竭收尾，暗物天赋量约占天地物资总质料的85%，散播在天地的各个边际。
缺憾的是，现在东谈主类并莫得真是探伤到暗物资。“暗物资不竭被认为是21世纪最紧要的前沿物理问题之一，暗物资被喻为‘笼罩在21世纪物理学太空中的乌云’。探索暗物资，终点于在乌云中寻找一束光。”清华大学工程物理系锤真金不怕火、CDEX暗物资实验崇拜东谈主岳骞对记者说。
工欲善其事，必先利其器。一个理思的不竭环境，对开展暗物资实验不竭至关遑急。大地充斥着无数的天地射线，一个手掌差未几大的空间，每秒就有两个天地射线穿过。如果在地上开展暗物资、中微子探伤实验，探伤器给与到的信号会同一在天地射线的信号中，不竭东谈主员无法辞别。
“这就好比在一个相等嘈杂的足球场，要听到一根针掉到地上的声息。”岳骞说。
为了最大程度屏蔽骚扰，开展暗物资等前沿物理问题的不竭需要在地下实验室进行。然则，在很长一段时期里，由于国内枯竭有关程序，清华大学科研团队只可租用韩国襄阳地下实验室的一个拐角。该实验室岩石遮蔽厚度约为700米，供中国科研团队的使用面积有时惟有1浩荡米。
在海外开展不竭时，清华大学科研团队也在国内寻找得当的实验场面。团队成员曾前去东北和北京的煤矿、秦岭大肆、河北的金矿等实地傍观，收尾均不睬思。
广州汇服科技有限公司一筹莫展之际，转化出现了：2008年8月8日，岳骞偶然在电视上看到一条新闻：锦屏山大肆理解了!
团队立马前去现场勘探，他们惊喜地发现，这里恰是建设深地实验室的绝佳场面：大肆上方2400多米的岩石厚度不错屏蔽多样天地射线，何况周边的岩石是大理岩，辐射也低。一朝建成，这里将领有现谢寰宇上探伤暗物资最理思的不竭环境。
当清华大学科研团队找上门来的时候，国投集团雅砻江流域水电开发有限公司的第一反馈是疑忌。“全球从未神话过暗物资，合计很玄乎。”雅砻江公司锦屏地下实验室经管局局长李名川说。
其时，锦屏水电站正处于建设岑岭期，时期紧、任务重。同期开挖建设实验室，安全风险高，稍有失慎就会影响锦屏工程程度。但在留意了解实验的紧要真谛真谛并经科学论证后，雅砻江公司断然决定：开展互助，建设深地实验室!
篡改建设工艺
2010年，体积约4000立方米的锦屏实验室一期建设完成。然则，更大的抨击还在后头。
为振奋暗物资探伤器升级需乞降其他科研名目对地下空间的使用，清华大学和雅砻江公司开启实验室二期名目建设，把地下可用实验空间增多到30万立方米。从4000立方米到30万立方米，足足扩大75倍，名目团队要闯过重重关卡。
第一关是“联想关”。不同于普通工程，科学实验名目对工程建设要求愈加极致。“防水抑氡工艺、建筑材料和机电开荒低本底限制，这些都春联想建议严苛要求。”建设团队成员李宏璧回忆说，左近施工节点，招标联想要求还是很难落地。
如果联想有颠倒，后续总共职责都失去真谛真谛。那段日子，建设团队看在眼里、急在心里。为了尽早攻克抨击，团队成员时时夜深不眠，一手拿着范例告示、一手捻着水泥粉作对比。他们反复查阅文件贵府、用多样仪器考据摒除问题，屡次召开大师沟通会、进行实地调研，最终才形成一份得当的决议。
把联想从图纸落到执行，还需要过“材料关”。“锦屏山大肆测得最大地应力达到113.87MPa，终点于1万米水压。难度不亚于在地球上最深的场合——马里亚纳海沟最深处挖一个洞室。”雅砻江公司锦屏地下实验室经管局副总工程师申满斌说。
看护洞室远大的常规作念法，是用钢筋、混凝土沿着洞周边衬砌起来，但总共材料不免都有辐射。如安在保捏远大的同期，为实验室提供尽可能清白的环境？必须“上新”更高程序的材料。
为此，建设团队一边建造一边研发，告捷出产出低辐射的水泥、金刚砂、岩面等材料。“这些材料均为国际开创，最大程度限制了实验室的辐射。”申满斌说。
建造实验室，名目方还靠近“看不见的敌东谈主”——氡气。该物资会在自然岩体中渐渐开释，具有放射性，影响实验精度。何如限制氡气？建设团队创造性使用了10层材料，在11万浩荡米的洞室名义安装了“保护膜”。每一层材料都要经过屡次不竭、考验和反复策划。“只是是防水抑氡工程中钢筋网弃取这谈工序，咱们就组织召开了9次策划会议。”李宏璧说。
“安全关”无疑是锦屏地下实验室必须跨过的又全部壅塞。“地下实验室空间有限，液氮汽化后体积蔓延，熏香变成空气中含氧量镌汰，会危及生命。”名目运维团队成员尹永利先容，锦屏建有全球最大的物理实验液氮恒温罐，承装1725立方米的液氮，用来开展更大范围的科研考验。在密闭洞室内确保氮气安全排放，是摆在名目运维团队眼前的一个抨击。
尹永利示意，接办名目后，他组织参建各方制定了10余项施工决议，带着专科透风联想单元现场踏勘，周密绸缪洞室环境换气量及风机布设点；同期，进行不远离的实验，及时检测通盘实验室和扶直洞的含氧量。前前后后历经4年时期，团队才获胜完成名目。
“现在，名目还建周密球最大的聚乙烯屏蔽舱以及全球最长距离新风供风系统，有用处置了地下实验空间环境辐射精确限制抨击，极大鞭策了深地工程建设技巧的朝上。”申满斌说。
结出累累硕果
在名目建设汹涌澎拜开展之时，另一边，科研实验团队也没停驻脚步。
“对于暗物资的不竭，早一天进驻开展实验，就能早一天取得朝上。”上海交通大学PandaX实验名目成员肖翔说，“实验名目程度一天都不可阻误，为此，咱们团队提前肯求开展职责。”
在工程施工与科学实验同步进行的情况下，还要保险科学实验不中断，这给名目建设者带来不小的挑战。为此，在施工进程中，建设团队篡改工艺，分区域、分阶段进行施工。
“以爆破为例，如果咱们给与传统花样，1到2天就能完成爆破。但为了不影响科研，咱们花了3个月时期，给与特等的‘静态碎石’花样，像保护古建筑相似，实行精湛化爆破，不骚扰科研实验进程。”李宏璧说。
沙河市科标签有限公司“通盘施工时代，咱们的实验莫得任何中断。”肖翔说，科研团队安放了转动监测仪器，数据标明，爆破转动对科学实验仪器莫得产生影响。时代，科研团队在液氙暗物资探伤实验上取得了多项效果，在《当然》杂志发表了暗物资不竭著述，赢得栽种部当然科学一等奖。
建成后的锦屏地下实验室二期，领有A、B、C、D 4个大厅，每个大厅130米长、14米宽、14米高。“如果说实验室一期是一个房间，实验室二期即是一个小区。”李名川说。
在实验室二期内进行的不竭，早已不局限于暗物资。如今，清华大学中微子、生态环境部·北师大皆集实验、华西深地医学、工信部电子五所等10个名目组进驻，既开展暗物资、中微子、核天体物理等最前沿课题实验，也在深地岩膂力学、深地医学等方面进行不竭。
当初埋藏在锦屏山下的一颗种子，如今已结出累累硕果。自2013年清华大学发布中国第一个自主暗物资不竭效果以来，短短10余年间，清华大学牵头的CDEX实验组和上海交大牵头的PandaX实验组已发布30项国际早先的科研效果，助力中国暗物资不竭从“跟跑”“并跑”到“轮流领跑”。
效果不单在暗物资一个领域。2022年10月，进驻锦屏地下实验室的实验组对旷古恒星钙品貌的不竭效果在《当然》杂志发表，象征着中国核天体物理不竭插足全球前线。纵容现在，锦屏地下实验室各不竭团队累计发表高水平论文120多篇，其中2篇发表在《当然》杂志上，培养了诸多后生科研东谈主才。
“翌日，国投集团雅砻江公司将同清华大学全部，邀请更多的实验团队入驻，将实验室打变成涵盖粒子物理、核天体物理、生命科学、岩石力学等多学科交叉的寰宇级深地科学不竭平台。”李名川说。
(本疆域片均由国投集团雅砻江公司提供)
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何如探伤暗物资
20世纪30年代，瑞士天体裁家弗里茨·兹威基通过无数天体裁不雅测和推导，初次建议暗物资的猜思。
现在，学界主要通过三种花样寻找暗物资：
一是“上天”。所谓“上天”，是指在天文不雅测中捕捉暗物资销亡或衰变的信号。举例中国辐射的“悟空”号暗物资粒子探伤卫星，是现谢寰宇上不雅测能段范围最宽、能量辞别率最优的暗物资粒子探伤卫星。
二是“入地”。暗物资和普通物资的原子核碰撞后，会产生微弱信号，但这种信号不易捕捉。为最大限制屏蔽其他天地射线的骚扰，此类探伤实验常在地下深处进行。举例，中国锦屏地下实验室就在四川锦屏平地下约2400米处。
三是“东谈主造”。这种寻找暗物资的设施是在实验室产生暗物资粒子。在高能粒子对撞实验中，可能会有尚未被发现的粒子产生出来，再团结顺利或蜿蜒的探伤妙技，不错匡助细目对撞机中出现的粒子是否为暗物资。
(本报记者 吴雪聪整理)熏香