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在地下2400米探索人類認(rèn)知邊界
2025年01月30日 10:40 來源:科技日報 關(guān)燈

車輛扎進(jìn)山體,穿過17.5公里長的錦屏山隧道后,周遭終于從昏暗變得明亮,一座“地下城”出現(xiàn)在眼前——這里是中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室(以下簡稱“錦屏地下實(shí)驗(yàn)室”)二期。清華大學(xué)工程物理系黨委書記曾志環(huán)顧四周,語氣帶著自豪,對科技日報記者說:“確實(shí)不一樣了吧?”

錦屏地下實(shí)驗(yàn)室位于四川省涼山彝族自治州錦屏山內(nèi)部,山體巖石覆蓋厚度達(dá)2400米,宇宙射線通量只有地面的一億分之一。這里是世界上最深、綜合條件最好的地下實(shí)驗(yàn)室。

2016年,記者第一次探訪錦屏地下實(shí)驗(yàn)室時,實(shí)驗(yàn)室主任程建平指著黑乎乎的隧道深處說,以后這里會擴(kuò)建成一個小區(qū),世界各國科學(xué)家都可以在小區(qū)工作。

當(dāng)初聽起來雄心勃勃的設(shè)想,如今已經(jīng)成真。不同學(xué)科的科研人員帶著他們的疑問,來到錦屏山深處尋找答案——當(dāng)外界噪音降到最低,又能聽到怎樣的華章?

從4000立方米到30萬立方米

錦屏地下實(shí)驗(yàn)室由國投集團(tuán)雅礱江流域水電開發(fā)有限公司和清華大學(xué)共同建設(shè)運(yùn)行。

走在寬敞明亮的實(shí)驗(yàn)室內(nèi),你很容易忘記自己身處地下。曾志提醒,對工程方來說,特殊的地理位置,帶來了特殊的問題。

實(shí)驗(yàn)室埋深2400米,巖體內(nèi)地下水量大、滲透性強(qiáng),地下洞室滲漏點(diǎn)較多且分布無規(guī)律。而且,巖體自身及巖壁滲水中會持續(xù)析出氡氣。氡氣具有強(qiáng)烈放射性,會對實(shí)驗(yàn)探測裝置形成干擾。

因此,防水抑氡是施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。錦屏大設(shè)施的防水抑氡設(shè)計(jì)方案和施工方案均為首創(chuàng)。它的設(shè)計(jì)構(gòu)造主要分為排水防水層、結(jié)構(gòu)層與面層,內(nèi)含10層材料,10厘米厚,覆蓋了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)10萬平方米面積。

防水抑氡工程的5萬余米拼接焊縫,穿過防水結(jié)構(gòu)的20多萬個膨脹螺栓和5萬多根錨桿,無一滲水點(diǎn)?!斑@堪稱工程奇跡?!眹都瘓F(tuán)雅礱江公司錦屏地下實(shí)驗(yàn)室管理局副局長申滿斌指著表面光滑潔凈的洞壁感嘆。

曾志同樣感慨萬千。從無到有,從小到大,錦屏地下實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在大山內(nèi)部“生長”了十幾年。

2010年12月,錦屏地下實(shí)驗(yàn)室一期建成,填補(bǔ)了我國深地實(shí)驗(yàn)室的空白,為開展粒子物理學(xué)、天體物理學(xué)等領(lǐng)域重大基礎(chǔ)前沿研究提供了良好的低本底環(huán)境。

2014年,錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期建設(shè)啟動。2017年,基于錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期的極深地下極低輻射本底前沿物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施(以下簡稱“錦屏大設(shè)施”)項(xiàng)目被列入“十三五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目指南。

2023年12月,錦屏大設(shè)施正式投入科學(xué)運(yùn)行,首批10個實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)入駐實(shí)驗(yàn)室,地下可用實(shí)驗(yàn)空間也從一期實(shí)驗(yàn)室的4000立方米增加到二期的30萬立方米。

十年磨一劍。暗物質(zhì)、中微子、核天體物理、巖石力學(xué)、地震學(xué)、集成電路、量子計(jì)算、深地醫(yī)學(xué)……一系列前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究在此開展。錦屏地下實(shí)驗(yàn)室,有望成為世界深地科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心。

實(shí)驗(yàn)靈敏度將提升兩個量級

從實(shí)驗(yàn)室1號門進(jìn)入,依次可來到A廳、B廳、C廳、D廳,每個大廳又分成了兩個實(shí)驗(yàn)廳。

C2廳內(nèi),中國暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)組成員、清華大學(xué)博士后代文翰正在進(jìn)行高純鍺探測器的測試。

代文翰將標(biāo)準(zhǔn)樣品放在探測器不同位置進(jìn)行測量,采集并分析探測器輸出的脈沖波形信號?!耙惶炷苁占?00萬個信號?!彼f。工作聽起來有些枯燥,但代文翰樂在其中。

如今,錦屏山、山腳下的雅礱江和地下實(shí)驗(yàn)室的燈光,已成為代文翰科研生活的一部分。

他告訴記者,實(shí)驗(yàn)室一期像個工作室,空間不大,科研儀器也是小而精。實(shí)驗(yàn)室二期像個大工廠,實(shí)驗(yàn)室更大了,實(shí)驗(yàn)體量上去了,科學(xué)研究也瞄準(zhǔn)更高的目標(biāo),有望取得更大的進(jìn)展和突破。

比如,在錦屏地下實(shí)驗(yàn)室一期,實(shí)驗(yàn)組在容積約1立方米的液氮罐中運(yùn)行總質(zhì)量10公斤的高純鍺探測陣列;但在實(shí)驗(yàn)室二期,容積1725立方米的世界最大液氮低溫屏蔽裝置正在進(jìn)行液氮灌注,不久后,總質(zhì)量50千克的探測器陣列將在其中運(yùn)行。“實(shí)驗(yàn)靈敏度能提升兩個量級!”代文翰說。

就在錦屏大設(shè)施建設(shè)期間,一系列成果也已經(jīng)產(chǎn)出。

2024年,中國暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)組成果在《物理評論快報》發(fā)表,給出了國際上對太陽加速暗物質(zhì)—電子相互作用截面最靈敏的限制;2024年,粒子和天體物理氙探測實(shí)驗(yàn)組在《物理評論快報》發(fā)表了對太陽硼-8中微子的首個測量結(jié)果,開啟了液氙暗物質(zhì)和中微子探測實(shí)驗(yàn)的新篇章;2022年,錦屏深地核天體物理實(shí)驗(yàn)組成果在《自然》發(fā)表,在國際上首次揭示了宇宙最古老恒星中的鈣豐度之謎……

“基于錦屏大設(shè)施的優(yōu)勢平臺條件,我們的科學(xué)研究將瞄準(zhǔn)突破人類認(rèn)知邊界,努力取得重大成果,為建設(shè)科技強(qiáng)國和實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)錦屏力量?!痹菊雇馈#ㄓ浾?張蓋倫)

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編輯:方琳
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