中国锦屏地下试验室二期锦屏年夜举措措施A2试验厅。
位于中国锦屏地下试验室二期的JUNA深地核天体物理试验装配。
科研职员在中国锦屏地下试验室展开相干试验。
锦屏山交通地道东端。
近期，中国锦屏地下试验室二期极深地下极低辐射本底前沿物理试验举措措施土建公用工程竣工，具有试验前提。首批来自清华年夜学、上海交通年夜学、中国原子能科学研究院等高校以及科研院所的10个试验项目组入驻展开科学试验。
这座世界最深、最年夜的极深地下试验室若何建成？对付科研立异具备甚么意义？本报记者入行了采访。
打造抱负情况
锦屏山位于四川省凉山彝族自治州，发祥于青躲高原的雅砻江沿着锦屏山蜿蜒流淌。这里地势峻峭，储藏着丰硕的水能资本，接踵建成两座世界级水电站（国投团体雅砻江公司锦屏一级、锦屏二级水电工程项目）。长达17.5千米、垂直岩石笼盖约2400米的锦屏山地道穿山而过，毗连两座水电站，这也恰是中国锦屏地下试验室的初步。
本世纪初，清华年夜学工程物理系团队起头暗物资试验研究。暗物资，通俗地讲就是那些既不发射光、也不吸取以及反射光的物资。到今朝为止，暗物资存在的多个科学证据都是由天文观测给出的。凭据天文观测数据以及研究效果，暗物资质量约占宇宙物资总质量的85%，散布在宇宙的各个角落。
遗憾的是，今朝人类并无真正探测到暗物资。“暗物资研究被认为是21世纪最重年夜的前沿物理问题之一，暗物资被喻为‘笼罩在21世纪物理学天空中的乌云’。探索暗物资，至关于在乌云中寻觅一束光。”清华年夜学工程物理系传授、CDEX暗物资试验卖力人岳骞对记者说。
工欲善其事，必先利其器。一个抱负的研究情况，对展开暗物资试验研究相当首要。地面充溢着年夜量的宇宙射线，一个手掌差未几年夜的空间，每一秒就有两个宇宙射线穿过。如果在地上展开暗物资、中微子探测试验，探测器接管到的旌旗灯号会浸没在宇宙射线的旌旗灯号中，研究职员没法辨别。
“这就比如在一个很是喧闹的足球场，要听到一根针失落到地上的声音。”岳骞说。
为了最年夜水平屏障滋扰，展开暗物资等前沿物理问题的研究必要在地下试验室入行。然而，在很长一段时间里，因为海内缺少相干举措措施，清华年夜学科研团队只能租用韩国襄阳地下试验室的一个拐角。该试验室岩石笼盖厚度约为700米，供中国科研团队的使用面积年夜约只有1平方米。
在外洋展开研究时，清华年夜学科研团队也在海内寻觅符合的试验场合。团队成员曾经前去东北以及北京的煤矿、秦岭地道、河北的金矿等实地考查，效果均不睬想。
束手无策之际，起色泛起了：2008年8月8日，岳骞偶尔在电视上望到一条新闻：锦屏山地道领悟了！
团队立马前去现场勘测，他们欣喜地发明，这里恰是建设深地试验室的尽佳场合：地道上方2400多米的岩石厚度可以屏障各类宇宙射线，并且周边的岩石是年夜理岩，辐射也低。一旦建成，这里将拥有今朝世界上探测暗物资最抱负的研究情况。
当清华年夜学科研团队找上门来的时辰，国投团体雅砻江流域水电开发有限公司的第一反响是纳闷。“年夜家从未据说过暗物资，以为很玄乎。”雅砻江公司锦屏地下试验室管理局局长李名川说。
那时，锦屏水电站正处于建设岑岭期，时间紧、使命重。同时开挖建设试验室，平安危害高，稍有失慎就会影响锦屏工程入度。但在具体领会试验的重年夜意义并经科学论证后，雅砻江公司毅然决议：展开互助，建设深地试验室！
立异建设工艺
2010年，体积约4000立方米的锦屏试验室一期建设完成。然而，更年夜的难题还在后面。
为知足暗物资探测器进级需乞降其他科研项目对地下空间的使用，清华年夜学以及雅砻江公司开启试验室二期项目建设，把地下可用试验空间增长到30万立方米。从4000立方米到30万立方米，足足扩展75倍，项目团队要闯太重重关卡。
第一关是“设计关”。分歧于平凡工程，科学试验项目对工程建设要求加倍极致。“防水抑氡工艺、建筑质料以及电机装备低本底节制，这些都对设计提出严苛要求。”建设团队成员李宏璧回想说，邻近施工节点，招标设计要求仍然很难落地。
若是设计有过失，后续所有事情都失往意义。那段日子，建设团队望在眼里、急在内心。为了及早攻克难题，团队成员经常深夜不眠，一手拿着规范文书、一手捻着水泥粉尴尬刁难比。他们频频查阅文献资料、用各类仪器验证排除了问题，屡次召开专家咨询会、入行实地调研，终极才形成一份符合的方案。
把设计从图纸落到实际，还必要过“质料关”。“锦屏山地道测患上最年夜地应力到达113.87MPa，至关于1万米水压。难度不亚于在地球上最深之处——马里亚纳海沟最深处挖一个洞室。”雅砻江公司锦屏地下试验室管理局副总工程师申满斌说。
维持洞室不乱的老例做法，是用钢筋、混凝土沿着洞周边衬砌起来，但所有质料不免都有辐射。若何在连结不乱的同时，为试验室提供尽量纯净的情况？必需“上新”更高尺度的质料。
为此，建设团队一边制作一边研发，胜利出产出低辐射的水泥、金刚砂、岩面等质料。“这些质料均为国际首创，最年夜水平节制了试验室的辐射。”申满斌说。
制作试验室，项目方还面对“望不见的敌人”——氡气。该物资会在自然岩体中迟缓开释，具备放射性，影响试验精度。若何节制氡气？建设团队缔造性使用了10层质料，在11万平方米的洞室概况安装了“庇护膜”。每一一层质料都要颠末屡次研究、实验以及频频讨论。“仅仅是防水抑氡工程中钢筋网弃取这道工序，咱们就组织召开了9次讨论集会。”李宏璧说。
“平安关”无疑是锦屏地下试验室必需跨过的又一道停滞。“地下试验室空间有限，液氮汽化后体积膨胀，造成氛围中含氧量下降，会危及生命。”项目运维团队成员尹永利先容，锦屏建有全世界最年夜的物理试验液氮恒温罐，承装1725立方米的液氮，用来展开更年夜规模的科研实验。在密闭洞室内确保氮气平安排放，是摆在项目运维团队眼前的一个难题。
尹永利暗示，接办项目后，他组织参建各方制订了10余项施工方案，带着专业透风设计单元现场踏勘，严密计较洞室情况换宇量及风机布设点；同时，入行不中断的试验，及时检测整个试验室以及辅助洞的含氧量。前先后后历经4年时间，团队才顺遂完成项目。
“今朝，项目还建玉成球最年夜的聚乙烯屏障舱和全世界最长间隔新风供风体系，有用解决了地下试验空间情况辐射精准节制难题，极年夜推进了深地工程建设技能的前进。”申满斌说。
结出累累硕果
在项目建设风起云涌展开之时，另外一边，科研试验团队也没停下脚步。
“关于暗物资的研究，早一天入驻展开试验，就能早一天取患上前进。”上海交通年夜学PandaX试验项目成员肖翔说，“试验项目入度一天都不克不及迟误，为此，咱们团队提早申请展开事情。”
在工程施工与科学试验同步入行的环境下，还要保障科学试验不间断，这给项目建设者带来不小的挑战。为此，在施工进程中，建设团队立异工艺，分区域、分阶段入行施工。
“以爆破为例，若是咱们采纳传统方法，1到2天就能完成爆破。但为了避免影响科研，咱们花了3个月时间，采纳特殊的‘静态碎石’方法，像庇护古建筑同样，施行邃密化爆破，不滋扰科研试验过程。”李宏璧说。
“整个施工时代，咱们的试验没有任何间断。”肖翔说，科研团队安放了触动监测仪器，数据评释，爆破触动对科学试验仪器没有发生影响。时代，科研团队在液氙暗物资探测试验上取患了多项功效，在《天然》杂志颁发了暗物资研究文章，得到教诲部天然科学一等奖。
建成后的锦屏地下试验室二期，拥有A、B、C、D4个年夜厅，每一个年夜厅130米长、14米宽、14米高。“若是说试验室一期是一个房间，试验室二期就是一个小区。”李名川说。
在试验室二期内入行的研究，早已经不局限于暗物资。现在，清华年夜学中微子、生态情况部·北师年夜联合试验、华西深地医学、工信部电子五所等10个项目组入驻，既展开暗物资、中微子、核天体物理等最前沿课题试验，也在深地岩体力学、深地医学等方面入行研究。
当初埋躲在锦屏山下的一颗种子，现在已经结出累累硕果。自2013年清华年夜学发布中国第一个自立暗物资研究功效以来，短短10余年间，清华年夜学牵头的CDEX试验组以及上海交年夜牵头的PandaX试验组已经发布30项国际领先的科研功效，助力中国暗物资研究从“跟跑”“并跑”到“瓜代领跑”。
功效不只在暗物资一个领域。2022年10月，入驻锦屏地下试验室的试验组对遥古恒星钙品貌的研究功效在《天然》杂志颁发，标志着中国核天体物理研究入进全世界前列。截至今朝，锦屏地下试验室各研究团队累计颁发高程度论文120多篇，此中2篇颁发在《天然》杂志上，培育了诸多青年科研人材。
“将来，国投团体雅砻江公司将同清华年夜学一道，约请更多的试验团队进驻，将试验室打造成涵盖粒子物理、核天体物理、生命科学、岩石力学等多学科交叉的世界级深地科学研究平台。”李名川说。
（本邦畿片均由国投团体雅砻江公司提供）
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若何探测暗物资
20世纪30年月，瑞士天文学家弗里茨·兹威基经由过程年夜量天文学观测以及推导，首次提出暗物资的猜测。
今朝，学界主要经由过程三种方法寻觅暗物资：
一是“上天”。所谓“上天”，是指在天文观测中捕获暗物资泯没或者衰变的旌旗灯号。比方中国发射的“悟空”号暗物资粒子探测卫星，是今朝世界上观测能段范畴最宽、能量辨别率最优的暗物资粒子探测卫星。
二是“进地”。暗物资以及平凡物资的原子核碰撞后，会发生微弱旌旗灯号，但这类旌旗灯号不容易捕获。为最年夜限度屏障其他宇宙射线的滋扰，此类探测试验常在地下深处入行。比方，中国锦屏地下试验室就在四川锦屏山地下约2400米处。
三是“人造”。这类寻觅暗物资的方式是在试验室发生暗物资粒子。在高能粒子对撞试验中，可能会有还没有被发明的粒子发生出来，再连系直接或者间接的探测手腕，可以匡助肯定对撞机中泛起的粒子是否为暗物资。
（本报记者吴雪聪收拾）