中國首個極深地下實驗室擴建 垂直巖石覆蓋2400米

　　圖為中國錦屏地下實驗室所在地地貌和實驗室內(nèi)部設(shè)施。

本報北京8月1日電 (記者趙婀娜)清華大學(xué)與雅礱江流域水電開發(fā)有限公司今日在成都簽署共同建設(shè)中國錦屏地下實驗室二期的合作協(xié)議。這標(biāo)志著我國第一個極深地下實驗室的擴建工作正式啟動。

據(jù)悉，中國錦屏地下實驗室二期工程將包括4組共8個實驗室及其輔助設(shè)施，預(yù)計將于2015年底完成土建工作，總?cè)莘e將從目前的4000立方米擴容到12萬立方米，能夠容納更多的深地科學(xué)領(lǐng)域?qū)嶒烅椖客瑫r開展，建成后將有望逐步發(fā)展成為國家級的面向世界開放的基礎(chǔ)研究平臺。

中國錦屏地下實驗室是目前世界上最深的地下實驗室，垂直巖石覆蓋達2400米。在這樣的極深地下實驗室里，高能量的宇宙線能夠被盡可能地屏蔽，為暗物質(zhì)探測等重大基礎(chǔ)性前沿課題研究提供盡量“干凈”的輻射環(huán)境。經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，錦屏地下實驗室周圍的巖石純度非常高，這是一個“干凈”的地下實驗室所必須具備的另一項重要指標(biāo)。

2010年12月，一則《世界最深地下實驗室在我國投入使用，我國科學(xué)家啟程探尋暗物質(zhì)》的消息引發(fā)全世界的關(guān)注。這意味著我國在錦屏擁有了首個極深地下實驗室，也擁有了當(dāng)前世界最深的地下實驗室，無論是開展暗物質(zhì)的探尋還是開展其他需要極“純凈”環(huán)境的高精尖實驗，我國都擁有了最好的環(huán)境。

“中國錦屏地下實驗室要擴建了！將從4000立方米擴容到12萬立方米！”8月1日，清華大學(xué)與雅礱江流域水電開發(fā)有限公司在成都簽署共同建設(shè)“中國錦屏地下實驗室”二期工程的合作協(xié)議，正式?jīng)Q定啟動中國錦屏地下實驗室二期工程，再次令世界矚目。

這里是世界上最“干凈”的地下實驗室

在二灘水電站17公里長的錦屏隧洞內(nèi)，中國首個極深地下實驗室就建在這里。這是世界最深的地下實驗室，也是世界上最“干凈”的地下實驗室。

所謂最“干凈”，是指輻射最少、雜質(zhì)最少。清華大學(xué)工程物理系教授李元景告訴記者，世界上最難擋住的就是宇宙射線，要打造一個最理想的實驗環(huán)境，就要盡量遮蔽住宇宙射線，而用巖石阻擋是好辦法。錦屏隧洞最大埋深達2400米左右，實驗室設(shè)立其中，就相當(dāng)于將實驗室設(shè)在地下2400多米深的地方，超過了加拿大的巖石覆蓋厚度2000米的斯諾實驗室，能將宇宙射線通量降到地面水平的約億分之一。而為了讓實驗室變得更“干凈”，工作人員還對環(huán)境進行了特殊的包裝。實驗室外層是1米厚的聚乙烯材料，用于阻攔和吸引中子；然后是20厘米厚的鉛層，用于屏蔽外部的伽馬射線；20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收剩余的中子；10厘米厚的高純無氧銅，用于阻擋鉛材料及外部其他材料中的伽馬射線。這些屏蔽設(shè)備幾乎屏蔽掉了能夠想到的一切輻射源。

地下實驗室，尤其是極深地下實驗室，是開展粒子物理學(xué)、天體物理學(xué)及宇宙學(xué)等領(lǐng)域中的暗物質(zhì)探測、雙β衰變、中微子振蕩、質(zhì)子衰變等重大基礎(chǔ)性前沿課題的重要研究場所，是巖體力學(xué)、地球結(jié)構(gòu)演化、生態(tài)學(xué)等學(xué)科開展相關(guān)實驗研究所需的特殊環(huán)境，也是低放射性材料、環(huán)境核輻射污染檢測的良好環(huán)境。

2012年，清華大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的CDEX實驗組在錦屏地下實驗室里獲得了第一批寶貴的數(shù)據(jù)，并展開了數(shù)據(jù)分析。2013年，實驗組的首個研究成果就發(fā)表在國際權(quán)威物理期刊《物理評論D》(Physical Review D)上，這是我國第一個自主開展暗物質(zhì)實驗研究的物理結(jié)果，更為可喜的是，該實驗成果對低質(zhì)量區(qū)暗物質(zhì)粒子的探測靈敏度達到了國際一流水平，確立了CDEX實驗組在國際暗物質(zhì)探測領(lǐng)域內(nèi)第一陣營的地位，這極大地提升了我國在暗物質(zhì)這一重大基礎(chǔ)前沿研究領(lǐng)域的研究水平和國際影響力。

面向世界開放的基礎(chǔ)研究平臺

據(jù)悉，中國錦屏地下實驗室二期工程將包括4組共8個實驗室及其輔助設(shè)施，總?cè)莘e將達到12萬立方米，能夠容納更多的深地科學(xué)領(lǐng)域?qū)嶒烅椖客瑫r開展，建成后將有望逐步發(fā)展成為國家級的面向世界開放的基礎(chǔ)研究平臺。

什么樣的科研項目能夠進入錦屏地下實驗室？這是清華大學(xué)副校長、錦屏地下實驗室主任程建平目前已經(jīng)開始考慮的問題。

在程建平看來，首先必須是最重大、最前沿的研究課題，這是最為嚴(yán)格的判斷標(biāo)準(zhǔn)；其次，研究項目所要求的實驗空間也不能超出錦屏地下實驗室的容納限制。在此基礎(chǔ)上，將由錦屏地下實驗室的學(xué)術(shù)委員會負責(zé)評定，該學(xué)術(shù)委員會將由國內(nèi)外的知名科學(xué)家組成。

在優(yōu)先滿足國內(nèi)科學(xué)家的研究需求基礎(chǔ)上，中國錦屏地下實驗室也將面向世界開放，希望不斷吸引國外的優(yōu)秀科學(xué)家前來參與科研合作。這樣一來，采用什么樣的機制體制運行和管理實驗室，成為實驗室管委會需要探索和解決的問題。

“以前的國際合作多是我們到外國去，參與國外的科研項目。現(xiàn)在國外的科學(xué)家要到我們這里來，參與我們的研究工作，這就會使我們遇到一些新的問題。”程建平說，這不僅需要我們提供良好的實驗室硬件條件，也需要我們建立好的實驗室運行管理機制，使來自世界各地的科學(xué)家都能在這里充分自主地開展科學(xué)研究。