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世界最深、最大的极深地下实验室——锦屏大设施在四川投入科学运行

来源:中国新闻网2023-12-07 10:05

  中新网成都12月7日电 (记者王鹏)记者7日从雅砻江流域水电开发有限公司(简称“雅砻江公司”)获悉,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设施(简称“锦屏大设施”)土建公用工程当日完工,具备实验条件。这标志着世界最深、最大的极深地下实验室正式投入科学运行。

  图为锦屏大设施内的实验洁净间。雅砻江公司供图

  打造世界深地科研中心

  锦屏地下实验室是我国首个极深地下实验室,锦屏大设施是中国锦屏地下实验室二期项目。实验室位于四川凉山锦屏水电站锦屏山隧道中部地下2400米处,以锦屏山为天然平台,以水电站深埋长隧洞为基础。与国际上其他地下实验室相比,中国锦屏地下实验室岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、辐射本底最低、可用空间最大,还具备交通便捷、电力及水源充足、基础设施完备等优势。

  图为雅砻江锦屏一级水电站大坝和陡峻的锦屏山。雅砻江公司供图

  锦屏地下实验室的建设要追溯到本世纪初。2003年,雅砻江公司开始建设雅砻江上两座世界级水电站——世界最高坝锦屏一级水电站、世界最大规模长引水式水电站锦屏二级水电站。连接两座电站的锦屏山隧道长达17.5公里,垂直岩石覆盖2400米,是国际上岩石覆盖最厚的地下隧道,是理想的深地实验室建设场所。

  正在苦苦寻找暗物质研究场地的清华大学意识到这里是开展暗物质研究的绝佳场所,迅速与雅砻江公司取得联系,建议共同建设深地实验室。通过科学论证、精心组织施工,解决了安全风险,双方仅用一年半就完成了实验室一期建设。

  2010年12月,中国锦屏地下实验室(一期)建成投运,成为我国首个、世界最深的地下实验室。2014年,清华大学与雅砻江公司规划建设实验室二期项目,将地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到33万立方米。在二期工程基础上,双方提出建设国家重大科技基础设施——“锦屏大设施”项目,并获得国家批复,成为一项新的国之重器。

  实验室主任、北京师范大学党委书记程建平表示,锦屏大设施作为粒子物理和核物理领域的“国之重器”,为暗物质、中微子、核天体物理等前沿物理科学研究提供了极低辐射本底实验条件。作为开放共享的大科学装置,锦屏大设施也为深地岩体力学、深地医学等深地科学提供了绝佳的研究平台。未来,实验室将成为多学科交叉的世界级深地科学研究中心。

  攻克“地下2400米”极限挑战

  深地实验设施项目对科学实验是优势,对工程建设却是挑战。在地下2400米,锦屏山厚实的大理岩能隔绝大部分宇宙辐射,但岩体却会产生具有放射性的“氡气”,影响到实验的精度。与此同时,锦屏大设施建设使用的建筑材料及机电设备同样会引入新的放射性源头,必须严格控制。此外,地下洞室空间有限、环境复杂,进一步增加了工程建设难度。

  图为锦屏大设施实验A厅。雅砻江公司 供图

  雅砻江公司与清华大学、中建三局等施工单位开展联合技术攻关,创新防水抑氡工艺、研发低本底设备材料、打造了“世界最深智能工地”。项目施工中,创新使用10层材料,在10万平方米的洞室表面层层设防,屏蔽岩石产生的水和氡气,氡气抑制率达99%。为实现更低的辐射本底要求,所有设备、材料均为定制,并成功研发生产出低辐射水泥、金刚砂、岩棉及一批低辐射机电设备,均为国际首创,最大限度控制实验室辐射本底,打造最“纯净”实验环境。

  中国工程院院士、中国辐射防护学会理事长罗琦表示,通过一系列关键技术攻关和智能建造技术的应用,锦屏大设施已成为具备“极低环境氡析出”“极低环境辐射”“超低宇宙线通量”“超洁净空间”等多种优势的国际一流深地实验室,对我国深地基础科学研究起到极大推动作用,也为我国辐射防护科学事业提供了国际水平的平台。

  企校合作开创科研体制新模式

  锦屏大设施是国内唯一一个校企共建的国家重大科技基础设施项目,是雅砻江公司和清华大学以产、学、研合作方式助推国家基础科学研究的重大举措,开辟了国有大型企业支持国家基础科学研究的先河。

  据了解,雅砻江公司成立锦屏地下实验室管理局,全面负责锦屏大设施工程建设、运行管理、科研管理、安全保障等工作,依托锦屏水电站为各实验项目组提供良好的综合后勤保障,让科学家能够心无旁骛开展科学实验。清华大学利用强大的学术号召力、科研创新力,汇聚全国深地科学研究顶尖团队,共同围绕前沿基础科研开展攻关,形成助力国家基础科研发展的强大合力。实验室投运以来,高质量科研成果不断涌现,已累计发表高水平论文120多篇。

  实验室管委会主任委员、雅砻江公司董事长祁宁春表示,雅砻江公司将充分发挥锦屏大设施“大国重器”的重要作用,和清华大学一道努力将锦屏大设施打造成为发挥新型举国体制优势、企校合作促进国家基础研究的样板和典范。(完)

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