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地下2400米世界最深的极深地下实验室投入科学运行

时间: 2023-12-7 07:25| 来源: 工人日报客户端|评论: 发表评论分享到微信

摘要: 12月7日，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（简称“锦屏大设施”）土建公用工程完工，具备实验条件。这标志着世界最深、最大的极深地下实验室正式投入科学运行。首批来自清华大学、生态环境部、北师大、中国原子能研究院、上海交 ...

12月7日，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（简称“锦屏大设施”）土建公用工程完工，具备实验条件。这标志着世界最深、最大的极深地下实验室正式投入科学运行。首批来自清华大学、生态环境部、北师大、中国原子能研究院、上海交大、四川大学、中国科学院大学、工信部电子五所等单位的10个实验项目组进驻世界最深、最大的极深地下实验空间。

中国锦屏地下实验室（CJPL）位于四川省凉山州锦屏水电站锦屏山隧道中部埋深2400米处，图为锦屏山交通隧道东端入口。

锦屏大设施是“十三五”时期国家优先建设的重大科技基础设施，2020年12月项目开工建设，2021年作为前瞻引领型国家重大科技基础设施，被列为国家“十四五”规划。锦屏大设施是国内第一个极深地下实验室基础设施建设项目，也是国际上最大规模建设具有极低辐射本底的综合实验设施。实验项目组入驻后，将全力突破关键性核心技术，早日产出一批重大原创性科研成果，增强国家战略科技力量，为中国应对深地科学国际科技竞争、实现高水平科技自立自强注入坚强动力。

地下2400米的世界深地科研中心

作为中国首个极深地下实验室，锦屏大设施是中国锦屏地下实验室二期项目。实验室位于四川凉山锦屏水电站锦屏山隧道中部地下2400米处，以锦屏山为天然平台，以水电站深埋长隧洞为基础。与国际上其他地下实验室相比，中国锦屏地下实验室岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、辐射本底最低、可用空间最大，还具备交通便捷、电力及水源充足、基础设施完备等优势。

中国锦屏地下实验室（CJPL）一期外观。

2003年，由国家开发投资集团有限公司和四川省投资集团有限责任公司共同出资，国投集团控股的雅砻江流域水电开发有限公司，开始建设雅砻江上两座世界级水电站——世界最高坝锦屏一级水电站、世界最大规模长引水式水电站锦屏二级水电站。连接两座电站的锦屏山隧道长达17.5公里，垂直岩石覆盖2400米，是国际上岩石覆盖最厚的地下隧道，理想的深地实验室建设场所。

2010年12月，中国锦屏地下实验室（一期）建成投运，成为中国首个、世界最深的地下实验室。2014年，清华大学与雅砻江公司规划建设实验室二期项目，将地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到33万立方米。在二期工程基础上，双方提出建设国家重大科技基础设施——“锦屏大设施”项目，并获得国家批复，成为一项新的国之重器。

位于中国锦屏地下实验室（CJPL）二期的粒子和天体物理氙探测实验PandaX-4T实验装置。

实验室主任、北京师范大学党委书记程建平表示，锦屏大设施作为粒子物理和核物理领域的“国之重器”，为暗物质、中微子、核天体物理等前沿物理科学研究提供了极低辐射本底实验条件。作为开放共享的大科学装置，锦屏大设施也为深地岩体力学、深地医学等深地科学提供了绝佳的研究平台。未来，实验室将成为多学科交叉的世界级深地科学研究中心，对我们国家探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革、推动科技创新，具有非常重要的意义。

中国工程院院士、中国辐射防护学会理事长罗琦介绍，通过一系列关键技术攻关和智能建造技术的应用，已经将锦屏大设施建设成为具备“极低环境氡析出”“极低环境辐射”“超低宇宙线通量”“超洁净空间”等多种优势的国际一流深地实验室，对中国深地基础科学研究起到极大推动作用，也为中国辐射防护科学事业提供了国际水平的平台。

位于中国锦屏地下实验室（CJPL）二期的锦屏深地核天体物理实验JUNA离子注入装置。

工程建设风险与挑战并存

锦屏山隧道的建设极为不易，施工中多次遭遇高压大流量突涌水，遭遇较大规模岩爆1200多次，被国内外专家称为地下工程施工中的“癌症”。2008年8月8日，锦屏山隧道贯通，受到新闻媒体的关注和报道。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，迅速与雅砻江公司取得联系，建议共同建设深地实验室。当时隧道已经建成，在此基础上扩挖建设实验室，稍有不慎，会再次引发岩爆、塌方，对原有隧洞造成巨大破坏，甚至对水电工程建设造成影响。面对风险与挑战，雅砻江公司毅然支持国家基础科研，与清华大学共同建设实验室。通过科学论证、精心组织施工，解决了安全风险，双方仅用一年半就完成了实验室一期建设。

深地实验设施项目对科学实验是优势，对工程建设却是挑战。在地下2400米，锦屏山厚实的大理岩能隔绝大部分宇宙辐射，但岩体却会产生具有放射性的“氡气”，影响到实验的精度。与此同时，锦屏大设施建设使用的建筑材料及机电设备同样会引入新的放射性源头，必须严格控制。此外，地下洞室空间有限、环境复杂，进一步增加了工程建设难度。

雅砻江公司与清华大学、中建三局等施工单位开展联合技术攻关，创新防水抑氡工艺、研发低本底设备材料、打造了“世界最深智能工地”。项目施工中，创新使用10层材料，在10万平方米的洞室表面层层设防，屏蔽岩石产生的水和氡气，氡气抑制率达99％。为实现更低的辐射本底要求，所有设备、材料均为定制，并成功研发生产出低辐射水泥、金刚砂、岩棉及一批低辐射机电设备，均为国际首创，最大限度控制实验室辐射本底，打造最“纯净”实验环境。同时，建设各方深入推进工程建设智能化，实现“智慧工地”“BIM协同设计”“智能交通与环境监测”一体化协同，极大提高了施工效率和质量管控水平。目前，项目建成了全球最大的物理实验液氮恒温罐和聚乙烯屏蔽舱，建成了全球最长距离新风供风系统，有效解决了地下实验空间环境辐射精准控制难题，极大推动了深地工程建设技术进步。

科研人员在中国锦屏地下实验室开展相关实验。

企校合作开创科研体制新模式

锦屏大设施是国内唯一一个校企共建的国家重大科技基础设施项目，是雅砻江公司和清华大学以产、学、研合作方式助推国家基础科学研究的重大举措，开辟了国有大型企业支持国家基础科学研究的先河。

双方开启合作以来，既各司其职又协同创新。多年来，雅砻江公司投入大量人力物力，充分发挥企业管理优势统筹协调，成立锦屏地下实验室管理局，全面负责锦屏大设施工程建设、运行管理、科研管理、安全保障等工作，依托锦屏水电站为各实验项目组提供良好的综合后勤保障，让科学家能够心无旁骛开展科学实验；同时通过雅砻江联合基金、企业技术中心、博士后工作站等平台，积极支持和参与科研实验。清华大学利用强大的学术号召力、科研创新力，汇聚全国深地科学研究顶尖团队，共同围绕前沿基础科研开展攻关，形成助力国家基础科研发展的强大合力。实验室投运以来，高质量科研成果不断涌现，也培养了一大批杰出人才，已累计发表高水平论文120多篇，其中2篇《Nature》，23篇《物理评论快报》，一项成果获教育部2022年自然科学一等奖，培养6名“国家杰出青年科学基金获得者”、4名“国家优秀青年基金获得者”和1名“新基石研究员”。

实验室管委会主任委员、雅砻江公司党委书记、董事长祁宁春表示，雅砻江公司将充分发挥锦屏大设施“大国重器”的重要作用，和清华大学一道努力将锦屏大设施打造成为发挥新型举国体制优势、企校合作促进国家基础研究的样板和典范。同时，公司将在基础研究、关键技术攻关上持续发力，探索实现产学研深度融合，促进科学成果转化，助力推动中国在基础研究领域的自主创新能力和科技综合实力提升，为实现高水平自立自强，建设科技强国贡献雅砻江智慧和力量。