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[國資小新]2400米!世界最深地下實驗室,中國企業和中國大學在這里光榮會師

時間:2019-07-22    來源:國資小新    點擊次數:0     字體:【大】 【中】 【小】    打印本頁

暗物質探測,

中國又走在了世界最前沿!

       歷經10年建設,2400米、世界最深的極深地下實驗室“中國錦屏地下實驗室”迎來一個歷史性時刻——20日,國家重大科技基礎設施“極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施”啟動儀式在四川省雅礱江錦屏山隧道舉行,這標志著錦屏地下實驗室進入加快建設新階段。


世界最深地下實驗室

       極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施是“十三五”時期國家優先安排建設的重大科技基礎設施,國家發展改革委牽頭建設管理,教育部和四川省人民政府共同主管,法人單位是清華大學國家開發投資公司雅礱江流域水電開發有限公司為共建單位。

       項目建設完成后將具備國際領先的深地物理實驗綜合條件,有望成為世界深地物理實驗的中心,推動我國開展國際級大科學合作,吸引國內外頂尖學者前往開展前沿物理實驗,為取得重大物理突破提供基礎設施保障。


中國錦屏地下實驗室二期(建設中)


         No.1 中國錦屏地下實驗室,巖石覆蓋厚度約2400米

         No.2 美國杜賽爾(DUSEL)二期地下實驗室,巖石覆蓋厚度2300米

         No.3 加拿大斯諾(SNO)地下實驗室,巖石覆蓋厚度約2000米

         No.4 法國摩丹(Modane)地下實驗室,巖石覆蓋厚度約1700米

         No.5 意大利格蘭薩索(GranSasso)地下實驗室,巖石覆蓋厚度約1400米

世界最深地下實驗室,牛在哪兒?

      中國錦屏地下實驗室,位于地下2400米深處的四川錦屏山隧道。

      正是它上方的天然巖層除去了大部分宇宙射線,帶來更高的探測靈敏度,為探索宇宙中神秘的“暗物質”提供了較為“干凈”的實驗環境。

戳視頻,看中國錦屏地下實驗室的神奇之處


       與國際上其他的地下實驗室相比,中國錦屏地下實驗室巖石覆蓋最深、宇宙線通量最小、可用空間最大,并且具備交通便捷、電力及水源充足、基礎設施完備等優勢。

中國大學,正在這里實現超越!

        自中國錦屏地下實驗室一期建成投入使用以來,已經開展了清華大學主導的高純鍺直接探測合作組(CDEX)、上海交通大學主導的液氙直接探測合作組(PandaX)等暗物質直接探測實驗,以及清華大學主導的錦屏中微子實驗等,取得了一系列研究成果,在較短的時間內使我國暗物質直接探測實驗從無到有,研究水平達到國際先進,由“跟跑”變成“并跑”。


      中國錦屏,將為中國科學家提供在粒子物理和核物理領域等重大基礎前沿研究“彎道超車”的機會,也將為全世界粒子物理學家的前沿物理實驗貢獻一個更為純凈的“開放共享”平臺。


世界最深地下實驗室是如何建成的?

下面把舞臺交給中國企業!


國投

我來貢獻輔助洞


        中國錦屏地下實驗室所在的錦屏輔助洞是連接錦屏一級和二級水電站的交通洞。 錦屏一級水電站擁有305米的世界第一高壩,建設過程中面臨著特高拱壩、高水頭泄洪消能、高山峽谷、高陡邊坡、高地應力、深部裂隙等“五高一深”的工程技術 挑戰。

        建設中,雅礱江水電攻克了各項重大技術難題,創造了多項“世界第一”,高質量建成了錦屏一級水電站,并實現了工程與自然和諧共處。

        錦屏二級水電站4條引水隧洞加1條排水洞和2條輔助洞,總長近120公里,是世界規模最大的水工隧洞群。引水隧洞最大埋深2525米,埋深大于1500米洞段占隧洞總長約75%,是世界上平均埋深最大的水工隧洞群工程。


東方電氣

我來貢獻水輪機


       錦屏水電站包括錦屏一級和二級水電站,總裝機840萬千瓦。錦屏一級水電站位于四川省涼山州鹽源縣與木里縣交界處,混凝土雙曲拱壩壩高305米,為世界同類壩型中第一高壩。東方電氣為錦屏一級水電站研制提供了6臺60萬千瓦水輪機。


       2013年8月24日,東方電氣所屬企業東方電機為錦屏一級電站提供的首臺水輪機組順利通過72小時試運行,具備正式上網條件。2014年7月12日,雅礱江錦屏一級水電站最后一臺機組結束72小時試運行正式投產。至此,錦屏一級水電站6臺60萬千瓦機組全部投產,平均年發電量將達166.2億千瓦時,送往華東和川渝電網。


中核集團

我來貢獻實驗設施


      2019年5月26日,由中核集團原子能院自主研制的強流高壓型加速器通過驗收,綜合性能達到國際同類裝置的先進水平,安裝于錦屏深地實驗室,投運后將成為目前世界上束流強度最高的地下實驗設施。

      強流高壓加速器安裝于錦屏深地實驗室后,將吸引大批國內外一流的科研團隊利用該設施開展物理實驗。該項目形成的高壓加速器技術,也可應用于離子注入、核材料輻照篩選、材料改性、中子產生等多個領域。

      該加速器可以產生質子和氦離子等多種束流,運行穩定可靠。


中國鐵建

我來貢獻地下城


錦屏水電站引水隧道最大埋深2525米,由中國鐵建十八局承建。



用于錦屏二級電站隧洞群的大直徑TBM

       通過科技攻關,中國鐵建的建設者解決了高埋深、高地應力、高壓涌水、高水頭和大容量機組設計與制造等世界級技術難題,成功攻克世界上綜合規模最大的水工隧洞群。

     在雅礱江流域水電開發有限公司和清華大學的統一籌劃下,在錦屏山中規劃布置錦屏地下實驗室,同時利用錦屏地下實驗室超深埋的先天有利條件,開展基礎物理、高精材料與新學科研究等方面的試驗研究工作。因此,中國首個極深地下實驗室——“中國錦屏地下實驗室”由此誕生。該工程同樣由中國鐵建十八局承建,2014年11月開始施工,2016年11月10日完成所有施工任務,2017年2月21日通過驗收,并交付業主及清華大學投入使用。

新聞多一點:如何尋找暗物質?

01什么是暗物質?

      這個地下實驗室目前主要開展的是暗物質研究。什么是暗物質?人們對它的認識大多來自科幻作品,電影《變形金剛》中,機器人禁閉用暗物質作為燃料駕駛飛船在宇宙中穿梭。在世界物理學領域,暗物質一直是個謎,由于抓取難度大,據說每年3000萬次抓取事件,和暗物質有關的不到1次,到目前為止,世界上也沒有人真正捕捉到它。

      暗物質在宇宙中無處不在,只不過看不到。我們能看到的普通物質在整個宇宙中只占不到5%。剩下95%的都看不到,科學家們稱為暗物質和暗能量。這里所說的“看不見”,不單說用我們的肉眼看不見,而是不論探測什么波段的電磁波,比如無線電、紅外線、紫外線、X射線等,都看不到它。

      人類關于暗物質的研究可以追溯到80多年前,那時的天文學家意識到,星系中恒星的運動速度實在是太快了,如果不是因為什么神秘的力量抓住了它,它們很有可能飛出去。然而到目前為止,仍然沒有任何人知道這股神秘的力量是什么。國際的研究從未停止,但是目前成果很小。


02怎么尋找暗物質?

      發現并研究暗物質,可能引發物理學的革命。目前,暗物質探測方法大體分為“上天”“入地”和“人造暗物質”三種。

      錦屏地下實驗室探測暗物質的方法屬于“入地”。錦屏地下實驗室隱藏在3000米高的山體下,巨大的巖層成為宇宙線的天然屏障,宇宙線通量為地面宇宙線通量水平的億分之一,可以屏蔽大量的宇宙線粒子。由于暗物質的聲音實在太小,探測難度極大。這就好像在人聲鼎沸的體育場里面看比賽,還要聽清一根幾毫米細的針掉落的聲音。因此要想探測它,需要把周圍的干擾物質去掉。這些干擾物質包括宇宙線粒子、中子、伽馬射線等。


       進入錦屏地下實驗室,穿過幾道鋁合金門之后,一個神秘的空間展現眼前。清華大學工程物理系研究員岳騫介紹,為了去掉干擾物質,這個神秘空間設置了重重防護盔甲。第一層是天然巖石屏障;第二層是50厘米厚的混凝土;第三層是1米厚的聚乙烯,用于屏蔽中子;第四層為20厘米厚的鉛房子,用于屏蔽伽馬射線;第五層20厘米厚的含硼聚乙烯,用于吸收熱中子;第六層為10厘米厚的銅房子,用于屏蔽外部鉛和含硼聚乙烯的伽馬射線。


      在重重保護的最里面,放置的就是暗物質探測器。“暗物質探測器的工作原理簡單來說就是‘守株待兔’。”實驗室研究人員景明坤說,探測器可以記錄下所有與它產生碰撞的信號,如果有與普通物質不同的信號,那么就有可能是暗物質。“我們正在等待一次可以載入史冊的碰撞。”

03升級之后的實驗室有何變化?

      2014年,中國錦屏地下實驗室啟動二期擴建工程,地下可用實驗空間由之前的4000立方米增加到30萬立方米。今日正式啟動國家重大科技基礎設施項目建設,意味著從校企合作轉變為國家平臺,將為我國粒子物理和核物理領域的重大基礎前沿物理問題研究提供平臺支撐。

      以清華大學來說,目前放置的暗物質探測器為10公斤量級的高純鍺陣列,二期投運之后,將采用1噸量級的高純鍺陣列,是目前的1000倍。“這將極大加速發現暗物質的時間,縮小發現暗物質的范圍。”實驗室研究人員說。

      不光是實驗室面積的擴大,還將實現研究范圍的提升。二期項目將提供一個近零宇宙線本底的地下輻射計量平臺,為我國建設完善的輻射計量基準提供實施條件,推動海洋科學、材料科學、環境科學、生物學等交叉領域的研究,為這些學科領域提供一個國際一流的交叉創新平臺。

      錦屏地下實驗室項目相關負責人表示,項目建設完成后將具備國際領先的深地物理實驗綜合條件,有望成為世界深地物理實驗的中心,推動我國開展國際級大科學合作,吸引國內外頂尖學者前往開展前沿物理實驗,為取得重大物理突破提供基礎設施保障。


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