環(huán)球快消息！地下深處，仰望星空

“天高地迥，覺宇宙之無窮；興今悲來，識盈虛之有數(shù)。”宇宙在世人的眼中是一個永恒的存在，既籠罩著神秘的色彩，又使人感到好奇和向往。

主導(dǎo)宇宙演化的洪荒之力到底是什么？占宇宙95%的暗物質(zhì)與暗能量究竟是怎樣的存在？探測暗物質(zhì)對揭開宇宙奧秘至關(guān)重要，暗物質(zhì)、中微子、恒星演化、元素形成，這些前沿科學(xué)研究將為人類認(rèn)識宇宙帶來革命性的突破。科學(xué)研究苦苦探尋的答案，也許不在浩渺星空，而在2400米地下深處。

(資料圖片)

在這個由清華大學(xué)與國投集團(tuán)雅礱江流域水電開發(fā)有限公司（簡稱：國投集團(tuán)雅礱江公司）合作共建運(yùn)行的世界最深地下實驗室——中國錦屏地下實驗室中，科學(xué)家們在這里“仰望星空”，尋找那最“弱”的光，向更深邃的宇宙奧秘“進(jìn)軍”！

向深地進(jìn)軍，打造中國首個“世界最深”

暗物質(zhì)、中微子、恒星演化、元素形成……這些前沿科學(xué)研究將為人類認(rèn)識宇宙帶來革命性的突破。選擇在深地“仰望星空”，是利用山體阻擋宇宙射線的干擾，為科學(xué)實驗提供最“純凈”的環(huán)境。在中國錦屏地下實驗室建成之前，深地實驗室是歐美發(fā)達(dá)國家的專利。

中國錦屏地下實驗室的建設(shè)，從本世紀(jì)初開始。世紀(jì)之初，國投集團(tuán)雅礱江公司將錦屏大河灣截彎取直，建設(shè)兩座世界級水電站。2008年8月8日，北京奧運(yùn)會開幕當(dāng)天，連接兩座電站的錦屏山隧道貫通，正在苦苦尋找暗物質(zhì)研究場地的清華大學(xué)敏銳意識到這里是開展暗物質(zhì)研究的絕佳場所，迅速與雅礱江公司取得聯(lián)系。

錦屏山隧洞是世界上埋深最深的隧道之一，建設(shè)過程中多次遭遇大流量突涌水，遭遇較大規(guī)模巖爆1200多次，被國內(nèi)外專家稱為地下工程施工中的“癌癥”。在此基礎(chǔ)上擴(kuò)挖建設(shè)實驗室，稍有不慎，會再次引發(fā)巖爆、塌方，對原有隧洞造成巨大破壞，甚至對錦屏水電工程建設(shè)造成極大影響。

面對種種風(fēng)險與挑戰(zhàn)，國投集團(tuán)毅然決定支持國家基礎(chǔ)科研，由雅礱江公司與清華大學(xué)共建錦屏實驗室。通過科學(xué)論證解決安全風(fēng)險，僅用一年半時間就完成了實驗室建設(shè)。2010年12月，中國錦屏地下實驗室建成投運(yùn)，成為我國首個、也是世界最深的地下實驗室。

2014年，清華大學(xué)與國投集團(tuán)雅礱江公司規(guī)劃建設(shè)更大空間，能容納更多實驗組的實驗室二期項目，將地下可用實驗空間由原來的4000立方米增加到30萬立方米，同時在一期、二期工程基礎(chǔ)上，提出建設(shè)“極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設(shè)施”（簡稱“錦屏大設(shè)施”）項目。該項目最終獲得國家正式批復(fù)，并于2019年7月20日啟動。作為前瞻引領(lǐng)型的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，中國錦屏地下實驗室為中國深地基礎(chǔ)科學(xué)研究提供了重要平臺，成為一項新的國之重器。

錦屏山隧道入口

攻克“地下2400米”極限挑戰(zhàn)，建設(shè)最“純凈”的實驗室

在地下2400米的地方“仰望星空”，是因為地下實驗環(huán)境能降低宇宙線對科學(xué)實驗的干擾，中國錦屏地下實驗室開展的實驗研究，除控制宇宙線通量外，還需要嚴(yán)格控制“環(huán)境本底”，讓實驗處于“純凈”的環(huán)境中。

在這大山深處，隧洞之中，想要建設(shè)最“純凈”的實驗室絕非易事。深地環(huán)境本身氡氣含量偏高，富集效應(yīng)會進(jìn)一步增大氡氣濃度，對實驗產(chǎn)生干擾。同時，實驗室建設(shè)所需的鋼筋、水泥、骨料，以及實驗儀器設(shè)備等都需要滿足低本底要求，降低對實驗的干擾。

成功的路上困難重重、滿是荊棘。錦屏大設(shè)施工程建設(shè)在國內(nèi)沒有先例，沒有任何借鑒的工法和標(biāo)準(zhǔn)，只能在實踐中不斷探索。深地環(huán)境對科研是優(yōu)勢，對工程建設(shè)卻是巨大的挑戰(zhàn)：空間有限、洞室縱橫、環(huán)境復(fù)雜，極大增加了工程建設(shè)的難度。錦屏大設(shè)施對工程質(zhì)量要求嚴(yán)苛，也對施工技術(shù)、工藝工法、施工組織等提出了更高要求。

3年來，各參建單位、高校、設(shè)計院通力合作，不斷攻關(guān)，走出了一條自主創(chuàng)新道路，在滿足地下實驗室低本底輻射值、氡氣抑制、表面潔凈的基礎(chǔ)上綜合考慮防水措施，做到防排結(jié)合，剛?cè)嵯酀?jì)，實驗空間耐久適用，突破該項技術(shù)瓶頸，更是首創(chuàng)防水抑氡工藝。

處于地下深處的建設(shè)者們殫精竭慮、攻堅克難，極力破解著“挑剔”的建筑材料、設(shè)備、工藝、質(zhì)量等方面的諸多難題。中建集團(tuán)正在施工實驗室二期，創(chuàng)新使用10層復(fù)雜結(jié)構(gòu)，將巖石產(chǎn)生的水和氡氣屏蔽在實驗室之外，所有設(shè)備、材料均特殊定制，做到輻射最低，以保障未來科學(xué)實驗的精度。實驗室所用的建筑材料、實驗器材等全部定制生產(chǎn)，每批次材料均需進(jìn)行低本底輻射檢測，在探測器核心區(qū)，要求放射性核素含量小于10微貝克（每秒有一個原子發(fā)生衰變時，其放射性活度即為1貝克）每公斤的超純材料，非核心區(qū)材料也要求小于每公斤1毫貝克。

大國重器的建造離不開“大國脊梁”，在地下2400米，聚集著中國極深地下科研和建設(shè)的國家隊，他們向極限挑戰(zhàn)，建設(shè)世界最“純凈”實驗室，眾志成城打造出這座“國之重器”。

中國錦屏地下實驗室示意圖

開放共享，打造全球深地科學(xué)研究“圣地”

中國錦屏地下實驗室成立之初，清華大學(xué)CDEX實驗團(tuán)隊和上海交通大學(xué)PandaX實驗團(tuán)隊入駐錦屏地下實驗室，主要開展暗物質(zhì)探測方面的研究。

2400米深處的錦屏地下實驗室，猶如探索宇宙星空的“發(fā)現(xiàn)之門”，科學(xué)家們在這里取得了一系列喜人的成果，助力我國暗物質(zhì)研究實現(xiàn)了從“跟跑”、“并跑”到“領(lǐng)跑”的跨越，推動了我國相關(guān)基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域迅速發(fā)展。2020年12月，中核集團(tuán)中國原子能科學(xué)研究院和中科院近代物理研究所在這建成世界最強(qiáng)流深地核天體物理加速器，并成功出束。科研團(tuán)隊對“圣杯”反應(yīng)（直接影響恒星演化進(jìn)程的12C(α,γ)16O核反應(yīng)，被譽(yù)為核天體物理研究領(lǐng)域的“圣杯”反應(yīng)。）等進(jìn)行直接測量，靈敏度、統(tǒng)計精度、曝光量、能量范圍均為國際最高水平。

與此同時，越來越多的頂尖科研團(tuán)隊也相繼入駐，形成了多學(xué)科交叉的前沿實驗平臺，實驗組研究方向愈加豐富，新的研究成果捷報連連，吸引著更多科研需求。

2024年，中國錦屏地下實驗室二期將建成投入運(yùn)行，將成為具備極低氡氣濃度、極低環(huán)境輻射、超低宇宙線通量、超潔凈空間等優(yōu)勢的國際一流深地實驗室。

未來，中國錦屏地下實驗室將持續(xù)吸引國內(nèi)外頂級科學(xué)團(tuán)隊入駐，形成暗物質(zhì)探測、核天體物理、生命科學(xué)、巖石力學(xué)等多學(xué)科交叉的世界級開放共享實驗平臺，成為全球深地科學(xué)研究的“圣地”。

清華大學(xué)CDEX團(tuán)隊在中國錦屏地下實驗室進(jìn)行研究

中國深度，央企擔(dān)當(dāng)。當(dāng)建設(shè)科技強(qiáng)國的時代召喚與個人價值在錦屏山地下2400米深處匯聚，一曲擊鼓催征、奮楫揚(yáng)帆的壯美詩歌激越奏響。

中國錦屏地下實驗室的建設(shè)者們滿懷豪情，投身支持國家基礎(chǔ)科學(xué)研究的偉大事業(yè)，在人類科學(xué)史上，中國人注定將留下濃墨重彩的一筆。

(責(zé)編：焦典、申寧)

關(guān)鍵詞： 清華大學(xué) 恒星演化