中國最深實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)容 近乎完全屏蔽宇宙射線

實(shí)驗(yàn)室深度示意圖

中國最深實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)容

清華大學(xué)專家在實(shí)驗(yàn)室開展暗物質(zhì)探測的相關(guān)數(shù)據(jù)采集工作。

“中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室要擴(kuò)建了！將從4000立方米擴(kuò)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(shí)驗(yàn)室”二期工程的合作協(xié)議，正式?jīng)Q定啟動(dòng)中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室包括4組共8個(gè)實(shí)驗(yàn)室及其輔助設(shè)施的二期建設(shè)再次令世界矚目。這意味著更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以在實(shí)驗(yàn)室中開展，中國科學(xué)家也將有望結(jié)束以往去國外地下實(shí)驗(yàn)室借用的時(shí)代，并向全世界開放。

最“干凈”的地下實(shí)驗(yàn)室

巍巍錦屏山，山體宏厚，美麗的雅礱江沿錦屏山勢順流而下。在二灘水電站17.5公里長的錦屏隧洞內(nèi)，中國首個(gè)極深地下實(shí)驗(yàn)室就建在這里。這是2010年12月啟用的世界最深的地下實(shí)驗(yàn)室，也是世界上最“干凈”的地下實(shí)驗(yàn)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(gè)最理想的實(shí)驗(yàn)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(dá)2400米左右，實(shí)驗(yàn)室設(shè)立其中，就相當(dāng)于將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室變得更“干凈”，工作人員還對環(huán)境進(jìn)行了特殊的包裝。實(shí)驗(yàn)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。

錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的建成，為由清華大學(xué)主導(dǎo)的CDEX合作組的科研人員們提供了夢寐以求的“舞臺”。2013年，合作組的首個(gè)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(gè)自主開展暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究的物理結(jié)果。更為可喜的是，該實(shí)驗(yàn)成果對低質(zhì)量區(qū)暗物質(zhì)粒子的探測靈敏度達(dá)到了國際一流水平，確立了CDEX合作組在國際暗物質(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。

提高暗物質(zhì)探測靈敏度

清華大學(xué)常務(wù)副校長、中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室主任程建平越來越感覺到，世界科學(xué)家的目光開始向錦屏聚集，“在物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)研究領(lǐng)域，對這種極端深地實(shí)驗(yàn)室的需求是非常旺盛的。這么好的一個(gè)地方，如果不擴(kuò)大提供給全世界的科學(xué)家來用，實(shí)在太可惜了。”參與CDEX研究的李元景也有同樣的感受，他說：“過去我們?nèi)鈪⒓訃H合作，都是以外國科學(xué)家為主導(dǎo)，我們協(xié)助干活。那時(shí)候我們就一直有個(gè)夢想，能夠有自己的實(shí)驗(yàn)室，吸引國外的科學(xué)家到我們的實(shí)驗(yàn)室里來，參與由我們主導(dǎo)的基礎(chǔ)科學(xué)研究。”

于是，清華大學(xué)與雅礱江流域水電開發(fā)有限公司經(jīng)過反復(fù)調(diào)研論證，決定利用錦屏水電站施工隧道，共同建設(shè)中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期工程。與國外動(dòng)輒耗資數(shù)億的地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相比，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)充分利用了雅礱江公司承擔(dān)的錦屏水電站的建設(shè)工程，節(jié)省了大量的資金、設(shè)備設(shè)施、人力、工程管理等投入。程建平說：“在雅礱江公司的支持下，我們有條件利用少量的錢辦成一件大事，這樣的機(jī)會稍縱即逝，需要盡快抓住，所以我們決定與雅礱江公司簽約，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的二期建設(shè)。”

最前沿科研項(xiàng)目可進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

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(xiàng)目所要求的實(shí)驗(yàn)空間也不能超出錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的容納限制。在此基礎(chǔ)上，將由錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)委員會負(fù)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。

除了暗物質(zhì)研究，雙β衰變、中微子，乃至巖體力學(xué)、生態(tài)學(xué)等很多研究領(lǐng)域都對極深地下實(shí)驗(yàn)室有需求。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(shí)驗(yàn)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(jī)制體制運(yùn)行和管理實(shí)驗(yàn)室，成為實(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)室硬件條件，也需要我們建立好的實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理機(jī)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。（人民日報(bào)海外版）