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世界最深最大地下实验室投入科学运行

2023/12/9 19:10:21 来源:科技日报

12月7日,国家重大科技基础设施、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(以下简称“锦屏大设施”)土建公用工程完工,并迎来首批10个实验项目组入驻。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。

该实验室未来将开展哪些科学研究?位于地下2400米的最纯净实验室如何建成?科技日报记者采访了相关专家。

打造世界深地科研中心

锦屏地下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建设。2010年12月,中国锦屏地下实验室(一期)建成投运,这是世界首个最深地下实验室。

2014年,清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司(以下简称“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。

在12月7日举行的首批实验项目组入驻仪式上,来自清华大学、生态环境部、北京师范大学、中国原子能研究院、上海交通大学、四川大学、中国科学院大学等单位的实验项目团队同时入驻。

锦屏地下实验室主任、北京师范大学党委书记程建平介绍,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。实验室将成为多学科交叉的世界级深地科学研究中心,对我国探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革、推动科技创新具有重要意义。

建成最“纯净”实验环境

在地下2400米建设实验空间33万立方米的锦屏大设施,可谓困难重重。不仅面临岩爆、涌水等一系列难题,锦屏山厚实的大理岩还会产生具有放射性的“氡气”,影响科学实验的精度。

“我们与清华大学、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。”雅砻江公司锦屏地下实验室建设管理局局长李名川说,“锦屏大设施建设中,团队创新使用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。施工中,我们对防水抑氡构造的5万余米拼接焊缝、穿过防水结构的20多万个膨胀螺栓和5万多根锚杆,逐一进行复检,最终实现氡气抑制率超99%。”

为实现更低的辐射本底要求,施工人员不仅定制了所有设备、材料,还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。“这些设备均为国际首创,最大限度控制了实验室辐射本底,打造出最‘纯净’的实验环境。”雅砻江公司锦屏地下实验室建设管理局工程建设部副主任李宏璧说。

由于锦屏大设施空间容积达33万立方米,正常情况下需风量高达24000立方米每小时。在距地表2400米的地下,新风从何而来?中建三局锦屏大设施二标项目经理王伟介绍,目前锦屏大设施新风系统是全球最长距离的新风供风系统。源源不断的地表新风,可经过长达9000米的新风管道和内部超过1500米的送风管道送达各个实验洞室。

中国工程院院士、中国辐射防护学会理事长罗琦表示,锦屏大设施已建设成为具备“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,将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具有国际水平的平台。


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