在四川涼山的大山深處,居然建造著一座世界上最深、最大的極深地下實驗室——中國錦屏地下實驗室。
該實驗室深居地下2400米,按照一層樓高3米來計算,這個深度相當于地下800層!
那么我國為什么要建設這樣一座極深地下實驗室?這個實驗室的研究目標是什么?在建設過程中又遇到了哪些阻礙?
無數的問題困擾著剛剛了解到這個實驗室的人們,現在我們就一一解開這些問題的答案。
錦屏地下實驗室
想要到達錦屏實驗室,需要從四川西昌出發,經過大約3個小時的車程才能夠抵達隧道入口,進入隧道后,再行駛17.5公里后進入“地下城”,周圍的環境從昏暗變得明亮,才算是真正到達了錦屏實驗室。
為什么要在地下2400米構建實驗室呢?
其主要原因是要進行暗物質探測等基礎科學的研究,探尋宇宙的微聲。
所謂暗物質,指的是人類肉眼看不到,即便是電磁學或是天文望遠鏡都無法捕捉的物質。
但由于暗物質和普通物質發生作用的概率較低,因此很難探測到它,實驗室管理局副局長申滿斌曾形容過這樣的難度:
“(探測暗物質碰撞信號)就像在嘈雜的足球場尋找一根針掉落的聲音。”
而之所以在深達數千米的地層之下開展科研活動,核心動因可歸結為輻射干擾問題
自然界的輻射源主要分布于宇宙射線及環境介質中,這類背景噪聲對精密探測實驗構成顯著影響。
坐落于錦屏山隧道中段的科研設施,其所處的特殊地理位置賦予了該實驗室獨特的低輻射環境。
依托2400米厚的巖層屏蔽效應,該研究場所的宇宙射線強度僅為地表水平的十億分之一,這一特性使其成為當前全球范圍內輻射背景最低的深地實驗平臺,為精密科學實驗提供了理想的物理環境。
雖然確定了實驗室選址,但該重大科技基礎設施的建設工程想要落實,仍舊面臨嚴峻挑戰。
建造實驗室困難重重
深地實驗環境依托厚重巖層構建天然輻射防護體系,為高能物理研究創造特殊實驗條件。
但該工程區域呈現地質構造復雜性、施工界面局限性及技術挑戰性等顯著特征,也為實驗室的建設起到了明顯阻礙。
其中錦屏山隧道工程作為關鍵節點,以5公里延伸長度和2400米垂直巖層覆蓋量創國際地下工程防護層厚度紀錄。
在工程實施階段,技術團隊面臨多重地質災害威脅:超臨界水壓突涌現象與應力累積引發的巖爆風險形成復合型技術瓶頸。
實測數據顯示,目標區域的巖體靜水壓力達到113MPa基準值,其應力載荷強度等效于萬米深海環境壓力指標,這對支護結構設計提出極限要求。
在地下空間拓展過程中,發生過多次小型巖爆,其中最嚴重的一次最高能量釋放等級達到里氏2.3級地震效應,同時還伴隨千立方米級巖體失穩現象。
不過好在通過動態監測系統與分級卸壓技術的協同應用,最終成功保障了施工人員的安全。
除此之外還有一大難點大理石巖體所釋放的放射性氣體——氡氣。
氡氣不但具有致癌風險,還可能對研究結果造成明顯影響,且地下隧道較為狹窄,環境十分復雜,進一步提升了工程建設的難度。
為此,科研人員在項目施工的過程中,創新地使用了10層材料,在10萬平方米的洞室內構建了厚重的防護層。
防護層包括20多萬個膨脹螺栓,5萬多個錨桿,5萬多米拼接縫,厚度達到了10公分。
經過測試,該防護層能夠有效屏蔽巖石產生的水和氡氣,對于氡氣的抑制率能夠達到99%。
錦屏大設施在歷經設備、材料以及新風等諸多難題并成功克服后,順利步入建設的最后階段。
為達成更低輻射本底的目標,所有設備與材料均采用定制化方案。
科研人員成功研發并生產出低輻射水泥、金剛砂、巖棉等一系列特殊材料,同時還研制出一批低輻射機電設備。
這些成果均為國際首創,能夠最大程度地控制實驗室的輻射本底,從而營造出最為“純凈”的實驗環境,為暗物質研究提供有力支撐。
為什么要研究暗物質?
暗物質是理論上存在于宇宙中的一種不可見物質,其特性表現為不發光且不反射光。
然而,借助引力效應,我們得以證實它的存在,其在宇宙總質能中所占比例約為26.8%。
暗物質的分布極為廣泛,遍布于宇宙的各個角落,并且在宇宙的形態塑造以及結構演變過程中發揮著推動作用。
對暗物質展開深入研究,有助于我們更為精準地描繪宇宙的演變軌跡以及預判其未來走向,進而助力人類深入理解宇宙的演化機制。
在宇宙宏觀結構中,星系及星系團的運動模式與架構特征,精準映射出其周邊環境特質與內在物質構成體系。
其中,暗物質在這些巨型天體系統內所占質量比例頗為可觀,約達85%之高。
故而,深入探究暗物質的本質、分布及作用機制,將極大地助力我們精準解析星系與星系團的誕生起源、演化進程及其背后的動力學原理。
綜合來看,對暗物質展開研究,其意義深遠且多元。
總結
雖然當前還并沒有找到暗物質,但科學家們仍舊堅持在求索的道路上。
我國充分利用錦屏實驗室所具備的卓越條件,持續優化探測技術,拓展探測范疇,提升探測的靈敏程度。
各個實驗團隊憑借不懈努力,收獲了大批高質量的科研成果。
在這座被視作“全球最為安靜”的實驗室中,科研工作者們正鼓足干勁,全力投身于為我國產出具有重大原創性的科研成果,積極應對深地科學領域內國際間的科技競爭,力求實現高水平的科技自立自強。
展望未來,伴隨著探測技術持續推陳出新,我們完全有底氣相信,終有一日定能揭開暗物質那神秘的面紗。
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