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探秘地下2400米!位于四川的“全球最深”实验室在研究啥?|寻找天府之最
2022年10月20日 15:24 来源:中新网四川 编辑:韩金雨

  主导宇宙演化的洪荒之力到底是什么?占宇宙95%的暗物质与暗能量究竟是怎样的存在?科学家们苦苦探寻的答案,也许不在浩渺星空,而在2400米地下深处。

锦屏山东端入口。
锦屏山东端入口。

  在四川凉山彝族自治州锦屏山,垂直岩石覆盖厚度2400米的地下,科学家正在时刻寻找宇宙中最“弱”的光——暗物质。一种“看不见”,但又无处不在,在宇宙的形成和演化过程中发挥着极其重要作用的物质。

  打造“世界最深”实验室

  十多年前,为了建造雅砻江流域水电站,水利学家在四川雅砻江边的锦屏山2400米深处修建了一条隧道。

中国锦屏地下实验室示意图。
中国锦屏地下实验室示意图。

  正在苦苦寻找暗物质研究场地的清华大学敏锐意识到,这里是开展暗物质研究的绝佳场所。因为2400米的岩石隧道,就像一个暗室,能够牢牢地把宇宙射线的噪声给挡住。

清华大学CDEX团队在中国锦屏地下实验室进行研究。
清华大学CDEX团队在中国锦屏地下实验室进行研究。

  2010年12月,清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司(简称“雅砻江公司”)合作修建的中国锦屏地下实验室(一期),建成并投入使用。中国锦屏地下实验室成为我国首个也是世界最深的地下实验室,填补了我国深地实验室的空白,为中国重大基础前沿科学研究提供了重要的平台。

图片中国锦屏地下实验室二期入口。图据科技日报
图片中国锦屏地下实验室二期入口。图据科技日报

  2014年,清华大学与雅砻江公司共同建设中国锦屏地下实验室(二期)工程,将实验空间由原来的4000立方米增加到30万立方米。2016年,清华大学同雅砻江公司提出建设“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”。2020年12月,这个被简称为“锦屏大设施”的实验设施正式开工建设。

中国锦屏地下实验室。图据四川发布
中国锦屏地下实验室。图据四川发布

  建设最“纯净”的实验室

  在地下2400米处“仰望星空”,正是因为地下实验环境能降低宇宙射线对科学实验的干扰。中国锦屏地下实验室开展的实验研究除控制宇宙线通量外,还需要严格控制“环境本底”,让实验处于“纯净”的环境中。 

图为中国锦屏地下实验室(一期)。图据四川发布
图为中国锦屏地下实验室(一期)。图据四川发布

  在满足地下实验室低本底辐射值氡气抑制、表面洁净的基础上,还要综合考虑防水措施,做到防排结合、刚柔相济、实验空间耐久适用。实验室首创的防水抑氡工艺,加上新风系统和低温吸附技术。这套“组合拳”确保能为实验装置提供洁净环境。除此之外,实验室所用的建筑材料、实验器材等水泥全部定制生产,每批次材料均需低本底辐射检测。

中国锦屏地下实验室二期CDEX合作组实验大厅。图据科技日报
中国锦屏地下实验室二期CDEX合作组实验大厅。图据科技日报

  在地下2400米,聚集着中国极深地下科研和建设的国家队,他们向极限挑战,建设世界最“纯净”实验室。

  打造全球深地科学研究“圣地”

  中国锦屏地下实验室成立之初只有清华大学CDEX实验团队和上海交通大学PandaX实验团队入驻,主要开展暗物质探测方面研究。随着实验室二期的建设,这里吸引了越来越多的实验团队,研究方向也愈加丰富。

图片CDEX合作组学生在进行材料放射性本底测量。图据科技日报
图片CDEX合作组学生在进行材料放射性本底测量。图据科技日报

  10年来,清华大学、上海交大已在实验室取得近30项国际领先成果,助力我国暗物质研究从跟跑到领跑。2021年,中核集团中国原子能科学研究院和中科院近代物理研究所在这里建成世界最强流深地核天体物理加速器,并成功出束。我国核天体物理实验研究步入国际先进行列,成为世界上继美国和意大利之后,第三个具备开展深地核天体物理研究的国家。

图片项目启动仪式。图据成都科技
图片项目启动仪式。图据成都科技

  2024年,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”将建成投入运行。届时将成为具备极低氡气浓度、极低环境辐射、超低宇宙线通量、超洁净空间等优势的国际一流深地实验室。

图片中国锦屏地下实验室内部。图据成都科技
图片中国锦屏地下实验室内部。图据成都科技

  未来,中国锦屏地下实验室将持续吸引国内外顶级科学团队入驻,形成粒子物理、核天体物理、宇宙学、岩石力学等多学科交叉的世界级开放共享实验平台,成为全球深地科学研究的“圣地”。

  素材来源:雅砻江流域水电开发有限公司

  编辑:韩金雨、王鹏


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