上周，世界最深、最大的極深地下實(shí)驗(yàn)室——中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期建成并正式投入科學(xué)運(yùn)行。錦屏大設(shè)施是一個(gè)開放共享的大科學(xué)裝置，它的建成，為暗物質(zhì)、中微子、核天體物理等前沿課題提供了一流實(shí)驗(yàn)環(huán)境，也為深地巖體力學(xué)、深地醫(yī)學(xué)等深地科學(xué)提供了絕佳研究平臺(tái)。目前，已經(jīng)有首批10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組進(jìn)駐并開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
低輻射高純凈 可探尋暗物質(zhì)和中微子
要觀察一?；覊m落到水面會(huì)產(chǎn)生什么影響，就需要一個(gè)超級(jí)穩(wěn)定的水面，同時(shí)需要超級(jí)干凈的空氣，除了實(shí)驗(yàn)用的灰塵外，要避免其他任何東西落到水面上干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。地球的表面充斥著無數(shù)種電磁波，雷達(dá)、衛(wèi)星、廣播、電視等設(shè)備無時(shí)無刻不在發(fā)射電磁波，更不用說太空中無數(shù)的星星也在全天候地向地球投射來各種高能粒子，叫做宇宙射線。
想探尋暗物質(zhì)、中微子這些看不見摸不著的物質(zhì)和粒子，錦屏實(shí)驗(yàn)室就要躲到深深的地下，而且還采用了很多科技手段，來創(chuàng)造一個(gè)電磁波極少、宇宙射線量極低、超級(jí)純凈的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。
總臺(tái)央視記者 張春玲：為了尋找暗物質(zhì)，科學(xué)家需要一個(gè)極佳的屏蔽宇宙射線的環(huán)境。四川涼山2400米的巖石就為這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)室提供了天然的屏障。在現(xiàn)有的錦屏山的引水隧道群中，一個(gè)世界上規(guī)模最大、地表最深、輻射量最低的前沿物理實(shí)驗(yàn)室建成了。
總臺(tái)央視記者 張春玲：穿過9公里長長的隧道，來到了錦屏實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)部。這是一個(gè)實(shí)驗(yàn)空間，它的面積有1000平方米，這里有八個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)空間。這里的宇宙線通量僅為地表的一億分之一。在這樣一個(gè)深深的隧道之內(nèi)，打造一個(gè)如此低輻射、高純凈度的實(shí)驗(yàn)空間，是一個(gè)巨大的工程難題。
中建三局錦屏大設(shè)施項(xiàng)目經(jīng)理 王偉：常規(guī)的我們的洞壁，都是用這種混凝土進(jìn)行襯砌，二次襯砌。我們常規(guī)的襯砌很厚，達(dá)到了50厘米到1米的厚度。但材料的用量越大，輻射值就會(huì)越高，對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生不利的影響。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部，我們就是在原始的洞壁上用最少的材料來形成防水抑氡層。這就對(duì)材料的選擇和施工的控制，提出了更大的挑戰(zhàn)。
10種材料打造10厘米超薄內(nèi)殼 可防水抑氡
克服巖縫中無所不在的放射性氣體氡氣和潮濕環(huán)境，給實(shí)驗(yàn)室打造一個(gè)完全密封、低輻射且干凈貼合的內(nèi)殼，團(tuán)隊(duì)不僅要在混凝土等材料上進(jìn)行創(chuàng)新，還要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝上另辟蹊徑。
總臺(tái)央視記者 張春玲：這個(gè)凹凸不平的洞壁由十種不同的材料打造而成，它的厚度卻僅有10厘米。通過這樣一個(gè)全新的工藝，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)室對(duì)于防水抑氡的要求。
中建三局錦屏大設(shè)施項(xiàng)目總工程師 譚雷：十層結(jié)構(gòu)總共分成了三個(gè)大的結(jié)構(gòu)層。第一個(gè)結(jié)構(gòu)層是防排水層，主要的一個(gè)目的是把水排出去和抑制氡氣的一個(gè)滲入。第二個(gè)結(jié)構(gòu)層是保護(hù)層，主要通過鋼筋混凝土對(duì)這個(gè)防排水層進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)為我們最后的這個(gè)裝飾層提供一個(gè)漆面。最后一個(gè)結(jié)構(gòu)層是我們的裝飾層，主要目的一是美觀，二是達(dá)到整個(gè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的顆粒物可控，能夠有一定的潔凈效果。
項(xiàng)目完成后，實(shí)驗(yàn)室的這層緊貼巖壁超薄又低輻射的光滑內(nèi)壁，是施工人員經(jīng)過十次精細(xì)的反復(fù)施工打造而成的，也是世界首創(chuàng)的施工工藝。
更低輻射要求 建成世界最大聚乙烯屏蔽艙
光是這些還不夠，在錦屏大設(shè)施內(nèi)部有一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)空間，要求空間輻射不得高于艙外的千分之一，這種近乎極致的要求，帶來了建設(shè)上的挑戰(zhàn)。
實(shí)驗(yàn)人員 清華大學(xué)博士 姜林：我們要建一個(gè)大的聚乙烯屏蔽艙，要再一次進(jìn)行屏蔽。因?yàn)榧词乖谖覀冞@個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室里面還是有一些環(huán)境的本底。這個(gè)大的聚乙烯的屏蔽艙就是用來屏蔽中子的。
科研團(tuán)隊(duì)提出了需求，如何用厚度為1米的聚乙烯材料搭建一個(gè)500平方米左右全球最大的屏蔽屏蔽艙，同時(shí)把輻射盡可能地屏蔽在艙外，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在拼接結(jié)構(gòu)上動(dòng)起了腦子。
采用錯(cuò)縫拼接 提升輻射屏蔽能力
總臺(tái)央視記者 張春玲：傳統(tǒng)的正常的拼接，縫的高度是10厘米。而通過把這樣一塊材料給它分別裁切成為兩塊，在拼接的時(shí)候采用前后左右的一個(gè)錯(cuò)縫拼接。這個(gè)縫隙的高度就只有5厘米，就把整個(gè)的屏蔽能力提升了50%。
1.5萬塊材料拼接成世界最大聚乙烯屏蔽艙
為了能夠精準(zhǔn)進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)拼接，團(tuán)隊(duì)利用模型算法，將整個(gè)聚乙烯材料分成了15031塊，利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行精細(xì)化切割，像搭積木一樣完成，拼接精度在2毫米之內(nèi)。通過這種錯(cuò)縫拼接的方案，將整體的防輻射能力提升了75%。
同時(shí)，我們在實(shí)驗(yàn)室的入口，也能看到這種像迷宮一樣的隱墻，目的也是對(duì)出入口處，進(jìn)行多次屏蔽，減少輻射的進(jìn)入。通過這些創(chuàng)新和科技手段，世界上最大的聚乙烯屏蔽艙全面滿足了實(shí)驗(yàn)要求。
從一期到二期 錦屏大設(shè)施助力探索更前沿
錦屏實(shí)驗(yàn)室二期的竣工，為基礎(chǔ)研究提供了更大的實(shí)驗(yàn)空間，從一期到二期，錦屏大設(shè)施的投入運(yùn)行，將在更多領(lǐng)域助力前沿探索。
記者來到了錦屏實(shí)驗(yàn)室一期，2010年底投入使用到現(xiàn)在，800平方米空間內(nèi)，擺滿了各類科研實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
中山大學(xué)副教授 肖翔：隨著大家慢慢開始意識(shí)到錦屏地下實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)非常好的環(huán)境。我們就有更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組入駐，包括錦屏中微子實(shí)驗(yàn)，他們把他們的原型機(jī)放在這兒。還有包括在地下研究集成電路的影響的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，也把他們的一些設(shè)備放在這兒。他們在這兒只是做這個(gè)前期的預(yù)研，將來也會(huì)把他們真正的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目放到錦屏二期。
記者：那么您覺得這個(gè)更大的這個(gè)實(shí)驗(yàn)空間和實(shí)驗(yàn)裝備對(duì)我們實(shí)驗(yàn)探索的意義是什么？
中山大學(xué)副教授 肖翔：更大的空間才能夠容納更大的裝備。那當(dāng)我們的這個(gè)裝備更大之后，我們的靈敏度、我們的探測極限也會(huì)相應(yīng)增加，那對(duì)我們認(rèn)識(shí)宇宙的一些本質(zhì)，包括對(duì)于我們在一些應(yīng)用科學(xué)方面的探索，都會(huì)有很大的幫助。
更大的實(shí)驗(yàn)空間、更尖端的實(shí)驗(yàn)設(shè)施，這些國之重器，將助力科研人員的自由探索。
錦屏地下實(shí)驗(yàn)室管理局副總工程師 申滿斌：實(shí)驗(yàn)室二期將形成33萬立方米的洞室空間，我們將在這里打造包括暗物質(zhì)、粒子物理、核天體物理、深地醫(yī)學(xué)、深度巖石力學(xué)等在內(nèi)的多學(xué)科交叉的綜合研究平臺(tái)。
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