中國最深實驗室擴容 近乎完全屏蔽宇宙射線

實驗室深度示意圖

中國最深實驗室擴容

清華大學專家在實驗室開展暗物質探測的相關數據采集工作。

“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，清華大學與雅礱江流域水電開發有限公司在成都簽署共同建設“中國錦屏地下實驗室”二期工程的合作協議，正式決定啟動中國錦屏地下實驗室包括4組共8個實驗室及其輔助設施的二期建設再次令世界矚目。這意味著更多的實驗項目可以在實驗室中開展，中國科學家也將有望結束以往去國外地下實驗室借用的時代，并向全世界開放。

最“干凈”的地下實驗室

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，中國首個極深地下實驗室就建在這里。這是2010年12月啟用的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、雜質最少。清華大學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，實驗室設立其中，就相當于將實驗室設在地下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伽馬射線。這些屏蔽設備幾乎屏蔽掉了能夠想到的一切輻射源。

錦屏地下實驗室的建成，為由清華大學主導的CDEX合作組的科研人員們提供了夢寐以求的“舞臺”。2013年，合作組的首個研究成果就發表在國際權威物理期刊《物理評論D》（Physical Review D）上，這是我國第一個自主開展暗物質實驗研究的物理結果。更為可喜的是，該實驗成果對低質量區暗物質粒子的探測靈敏度達到了國際一流水平，確立了CDEX合作組在國際暗物質探測領域內第一陣營的地位，這極大地提升了我國在暗物質這一重大基礎前沿研究領域的研究水平和國際影響力。

提高暗物質探測靈敏度

清華大學常務副校長、中國錦屏地下實驗室主任程建平越來越感覺到，世界科學家的目光開始向錦屏聚集，“在物理學乃至整個自然科學研究領域，對這種極端深地實驗室的需求是非常旺盛的。這么好的一個地方，如果不擴大提供給全世界的科學家來用，實在太可惜了。”參與CDEX研究的李元景也有同樣的感受，他說：“過去我們去國外參加國際合作，都是以外國科學家為主導，我們協助干活。那時候我們就一直有個夢想，能夠有自己的實驗室，吸引國外的科學家到我們的實驗室里來，參與由我們主導的基礎科學研究。”

于是，清華大學與雅礱江流域水電開發有限公司經過反復調研論證，決定利用錦屏水電站施工隧道，共同建設中國錦屏地下實驗室二期工程。與國外動輒耗資數億的地下實驗室建設相比，錦屏地下實驗室的建設充分利用了雅礱江公司承擔的錦屏水電站的建設工程，節省了大量的資金、設備設施、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，啟動實驗室的二期建設。”

最前沿科研項目可進實驗室

在程建平看來，首先必須是最重大、最前沿的研究課題，這是最為嚴格的判斷標準；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。在此基礎上，將由錦屏地下實驗室的學術委員會負責評定，該學術委員會將由國內外的知名科學家組成。

除了暗物質研究，雙β衰變、中微子，乃至巖體力學、生態學等很多研究領域都對極深地下實驗室有需求。在優先滿足國內科學家的研究需求基礎上，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秀科學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。現在國外的科學家要到我們這里來，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家都能在這里充分自主地開展科學研究。（人民日報海外版）