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[国资小新]2400米!世界最深地下实验室,中国企业和中国大学在这里光荣会师

时间:2019-07-22    来源:国资小新    点击次数:0     字体:【大】 【中】 【小】    打印本页

暗物质探测,

中国又走在了世界最前沿!

       历经10年建设,2400米、世界最深的极深地下实验室“中国锦屏地下实验室”迎来一个历史性时刻——20日,国家重大科技基础设施“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”启动仪式在四川省雅砻江锦屏山隧道举行,这标志着锦屏地下实验室进入加快建设新阶段。


世界最深地下实验室

       极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施是“十三五”时期国家优先安排建设的重大科技基础设施,国家发展改革委牵头建设管理,教育部和四川省人民政府共同主管,法人单位是清华大学国家开发投资企业雅砻江流域水电开发有限企业为共建单位。

       项目建设完成后将具备国际领先的深地物理实验综合条件,有望成为世界深地物理实验的中心,推动我国开展国际级大科学合作,吸引国内外顶尖学者前往开展前沿物理实验,为取得重大物理突破提供基础设施保障。


中国锦屏地下实验室二期(建设中)


         No.1 中国锦屏地下实验室,岩石覆盖厚度约2400米

         No.2 美国杜赛尔(DUSEL)二期地下实验室,岩石覆盖厚度2300米

         No.3 加拿大斯诺(SNO)地下实验室,岩石覆盖厚度约2000米

         No.4 法国摩丹(Modane)地下实验室,岩石覆盖厚度约1700米

         No.5 意大利格兰萨索(GranSasso)地下实验室,岩石覆盖厚度约1400米

世界最深地下实验室,牛在哪儿?

      中国锦屏地下实验室,位于地下2400米深处的四川锦屏山隧道。

      正是它上方的天然岩层除去了大部分宇宙射线,带来更高的探测灵敏度,为探索宇宙中神秘的“暗物质”提供了较为“干净”的实验环境。

戳视频,看中国锦屏地下实验室的神奇之处


       与国际上其他的地下实验室相比,中国锦屏地下实验室岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、可用空间最大,并且具备交通便捷、电力及水源充足、基础设施完备等优势。

中国大学,正在这里实现超越!

        自中国锦屏地下实验室一期建成投入使用以来,已经开展了清华大学主导的高纯锗直接探测合作组(CDEX)、上海交通大学主导的液氙直接探测合作组(PandaX)等暗物质直接探测实验,以及清华大学主导的锦屏中微子实验等,取得了一系列研究成果,在较短的时间内使我国暗物质直接探测实验从无到有,研究水平达到国际先进,由“跟跑”变成“并跑”。


      中国锦屏,将为中国科学家提供在粒子物理和核物理领域等重大基础前沿研究“弯道超车”的机会,也将为全世界粒子物理学家的前沿物理实验贡献一个更为纯净的“开放共享”平台。


世界最深地下实验室是如何建成的?

下面把舞台交给中国企业!


国投

我来贡献辅助洞


        中国锦屏地下实验室所在的锦屏辅助洞是连接锦屏一级和二级水电站的交通洞。 锦屏一级水电站拥有305米的世界第一高坝,建设过程中面临着特高拱坝、高水头泄洪消能、高山峡谷、高陡边坡、高地应力、深部裂隙等“五高一深”的工程技术 挑战。

        建设中,雅砻江水电攻克了各项重大技术难题,创造了多项“世界第一”,高质量建成了锦屏一级水电站,并实现了工程与自然和谐共处。

        锦屏二级水电站4条引水隧洞加1条排水洞和2条辅助洞,总长近120公里,是世界规模最大的水工隧洞群。引水隧洞最大埋深2525米,埋深大于1500米洞段占隧洞总长约75%,是世界上平均埋深最大的水工隧洞群工程。


fun88手机版客户端

我来贡献水轮机


       锦屏水电站包括锦屏一级和二级水电站,总装机840万千瓦。锦屏一级水电站位于四川省凉山州盐源县与木里县交界处,混凝土双曲拱坝坝高305米,为世界同类坝型中第一高坝。fun88手机版客户端为锦屏一级水电站研制提供了6台60万千瓦水轮机。


       2013年8月24日,fun88手机版客户端所属企业东方电机为锦屏一级电站提供的首台水轮机组顺利通过72小时试运行,具备正式上网条件。2014年7月12日,雅砻江锦屏一级水电站最后一台机组结束72小时试运行正式投产。至此,锦屏一级水电站6台60万千瓦机组全部投产,平均年发电量将达166.2亿千瓦时,送往华东和川渝电网。


中核集团

我来贡献实验设施


      2019年5月26日,由中核集团原子能院自主研制的强流高压型加速器通过验收,综合性能达到国际同类装置的先进水平,安装于锦屏深地实验室,投运后将成为目前世界上束流强度最高的地下实验设施。

      强流高压加速器安装于锦屏深地实验室后,将吸引大批国内外一流的科研团队利用该设施开展物理实验。该项目形成的高压加速器技术,也可应用于离子注入、核材料辐照筛选、材料改性、中子产生等多个领域。

      该加速器可以产生质子和氦离子等多种束流,运行稳定可靠。


中国铁建

我来贡献地下城


锦屏水电站引水隧道最大埋深2525米,由中国铁建十八局承建。



用于锦屏二级电站隧洞群的大直径TBM

       通过科技攻关,中国铁建的建设者解决了高埋深、高地应力、高压涌水、高水头和大容量机组设计与制造等世界级技术难题,成功攻克世界上综合规模最大的水工隧洞群。

     在雅砻江流域水电开发有限企业和清华大学的统一筹划下,在锦屏山中规划布置锦屏地下实验室,同时利用锦屏地下实验室超深埋的先天有利条件,开展基础物理、高精材料与新学科研究等方面的试验研究工作。因此,中国首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”由此诞生。该工程同样由中国铁建十八局承建,2014年11月开始施工,2016年11月10日完成所有施工任务,2017年2月21日通过验收,并交付业主及清华大学投入使用。

资讯多一点:如何寻找暗物质?

01什么是暗物质?

      这个地下实验室目前主要开展的是暗物质研究。什么是暗物质?人们对它的认识大多来自科幻作品,影片《变形金刚》中,机器人禁闭用暗物质作为燃料驾驶飞船在宇宙中穿梭。在世界物理学领域,暗物质一直是个谜,由于抓取难度大,据说每年3000万次抓取事件,和暗物质有关的不到1次,到目前为止,世界上也没有人真正捕捉到它。

      暗物质在宇宙中无处不在,只不过看不到。大家能看到的普通物质在整个宇宙中只占不到5%。剩下95%的都看不到,科学家们称为暗物质和暗能量。这里所说的“看不见”,不单说用大家的肉眼看不见,而是不论探测什么波段的电磁波,比如无线电、红外线、紫外线、X射线等,都看不到它。

      人类关于暗物质的研究可以追溯到80多年前,那时的天文学家意识到,星系中恒星的运动速度实在是太快了,如果不是因为什么神秘的力量抓住了它,它们很有可能飞出去。然而到目前为止,仍然没有任何人知道这股神秘的力量是什么。国际的研究从未停止,但是目前成果很小。


02怎么寻找暗物质?

      发现并研究暗物质,可能引发物理学的革命。目前,暗物质探测方法大体分为“上天”“入地”和“人造暗物质”三种。

      锦屏地下实验室探测暗物质的方法属于“入地”。锦屏地下实验室隐藏在3000米高的山体下,巨大的岩层成为宇宙线的天然屏障,宇宙线通量为地面宇宙线通量水平的亿分之一,可以屏蔽大量的宇宙线粒子。由于暗物质的声音实在太小,探测难度极大。这就好像在人声鼎沸的体育场里面看比赛,还要听清一根几毫米细的针掉落的声音。因此要想探测它,需要把周围的干扰物质去掉。这些干扰物质包括宇宙线粒子、中子、伽马射线等。


       进入锦屏地下实验室,穿过几道铝合金门之后,一个神秘的空间展现眼前。清华大学工程物理系研究员岳骞先容,为了去掉干扰物质,这个神秘空间设置了重重防护盔甲。第一层是天然岩石屏障;第二层是50厘米厚的混凝土;第三层是1米厚的聚乙烯,用于屏蔽中子;第四层为20厘米厚的铅房子,用于屏蔽伽马射线;第五层20厘米厚的含硼聚乙烯,用于吸取热中子;第六层为10厘米厚的铜房子,用于屏蔽外部铅和含硼聚乙烯的伽马射线。


      在重重保护的最里面,放置的就是暗物质探测器。“暗物质探测器的工作原理简单来说就是‘守株待兔’。”实验室研究人员景明坤说,探测器可以记录下所有与它产生碰撞的信号,如果有与普通物质不同的信号,那么就有可能是暗物质。“大家正在等待一次可以载入史册的碰撞。”

03升级之后的实验室有何变化?

      2014年,中国锦屏地下实验室启动二期扩建工程,地下可用实验空间由之前的4000立方米增加到30万立方米。今日正式启动国家重大科技基础设施项目建设,意味着从校企合作转变为国家平台,将为我国粒子物理和核物理领域的重大基础前沿物理问题研究提供平台支撑。

      以清华大学来说,目前放置的暗物质探测器为10公斤量级的高纯锗阵列,二期投运之后,将采用1吨量级的高纯锗阵列,是目前的1000倍。“这将极大加速发现暗物质的时间,缩小发现暗物质的范围。”实验室研究人员说。

      不光是实验室面积的扩大,还将实现研究范围的提升。二期项目将提供一个近零宇宙线本底的地下辐射计量平台,为我国建设完善的辐射计量基准提供实施条件,推动海洋科学、材料科学、环境科学、生物学等交叉领域的研究,为这些学科领域提供一个国际一流的交叉创新平台。

      锦屏地下实验室项目相关负责人表示,项目建设完成后将具备国际领先的深地物理实验综合条件,有望成为世界深地物理实验的中心,推动我国开展国际级大科学合作,吸引国内外顶尖学者前往开展前沿物理实验,为取得重大物理突破提供基础设施保障。


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