揭秘地下2400米的实验室长什么样

　　国投集团雅砻江水电与清华大学共建的中国锦屏地下实验室地下2400米的实验室有哪些黑科技？
　　主导宇宙演化的洪荒之力到底是什么？占宇宙95%的暗物质与暗能量究竟是怎样的存在？探测暗物质对揭开宇宙奥秘至关重要，暗物质、中微子、恒星演化、元素形成，这些前沿科学研究将为人类认识宇宙带来革命性的突破。科学研究苦苦探寻的答案，也许不在浩渺星空，而在2400米地下深处。
　　01
　　向深地进军
　　打造＂中国首个＂＂世界最深＂
　　雅砻江锦屏段河谷
　　本世纪初，按照＂一个主体开发一条江＂的国家授权，为加快雅砻江流域水能资源开发，建设＂西电东送＂重点工程，国投集团雅砻江流域水电开发有限公司将锦屏大河湾截弯取直，建设两座世界级水电站。包括世界最高坝水电站——锦屏一级水电站；世界最大规模水工隧洞群水电站——锦屏二级水电站。2008年8月8日连接两座电站的锦屏山隧道贯通。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，迅速与雅砻江水电取得联系。
　　锦屏山隧道是世界上埋深最深的隧道之一，高埋深带来强岩爆、突涌水。锦屏山隧道建设过程中，多次遭遇大流量突涌水，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＂。在此基础上扩挖建设实验室，稍有不慎，会再次发生岩爆、塌方，对原有隧洞造成巨大破坏，甚至造成锦屏水电站瘫痪。实验室建设时期，也是锦屏水电工程建设高峰期，给高质量高标准建设锦屏水电工程带来巨大挑战。
　　中国锦屏地下实验室一期的入口
　　虽然面对这些挑战，但作为中央企业，国投集团雅砻江水电毅然决定支持国家基础科学研究。2009年，清华大学与雅砻江水电合作，在位于四川凉山的锦屏二级水电站辅助洞中部的地下2400米处修建极深地下实验室（中国锦屏地下实验室一期）。经过科学论证，雅砻江水电迅速抽调人力物力，与清华大学一道进行工程建设。仅用一年半的时间就建设完成中国锦屏地下实验室一期，国内外媒体、科学家以＂清华精神、雅砻江速度＂＂弯道超车＂等词语来称赞中国锦屏地下实验室的建设。
　　实验室以锦屏山为天然屏障，以锦屏二级水电站贯穿锦屏山的深埋长隧洞为基础。与国际上其他的地下实验室相比，中国锦屏地下实验室岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、可用空间最大，并且具备交通便捷、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 (一期早期原貌)
　　2010年12月，中国锦屏地下实验室（一期）建成投入使用，成为我国首个、也是世界最深的地下实验室，填补了我国深地实验室的空白，为中国重大基础前沿科学研究提供了重要的平台。这也是国内首个校企共建的国家重大科技基础设施项目，是雅砻江水电以产、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。
　　随着科研成果的不断涌现，中国锦屏地下实验室在国内外的科学影响力日益扩大，多个国内外科研机构和合作组向锦屏实验室提出实验空间的使用需求。规划建设一个更大空间，容纳更多实验组的实验室二期项目，成为学界共同的需求。
　　锦屏大设施布局图
　　2014年，清华大学与雅砻江水电再次签署协议，共同建设＂中国锦屏地下实验室＂二期工程，将地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到30万立方米。2016年，国家提出＂向深地进军＂战略。在锦屏地下实验室一期、二期工程的基础上，清华大学会同雅砻江水电提出建设＂极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施＂项目（简称＂锦屏大设施＂）。项目于2016年在《国家重大科技基础设施建设＂十三五＂规划》中正式发布，之后项目通过教育部的评审，并获得国家发改委正式批复。2019年7月20日，锦屏大设施项目正式启动。2020年12月，锦屏大设施正式开工建设。
　　02
　　攻克＂地下2400米＂极致挑战
　　建设最＂纯净＂的实验室
　　在地下2400米处＂仰望星空＂，正是因为地下实验环境能降低宇宙线对科学实验的干扰，中国锦屏地下实验室开展的实验研究，除控制宇宙线通量外，还需要严格控制＂环境本底＂，让实验处于＂纯净＂的环境中。然而深地环境本身氡气含量偏高，富集效应会进一步增大氡气浓度，对实验产生干扰。同时，实验室建设所需的钢筋、水泥、骨料，以及实验仪器设备等都需要满足低本底要求，降低对实验的干扰。
　　此外，锦屏大设施工程建设在国内没有先例，没有任何借鉴的工法和标准，只能在实践中探索，深地环境对科研是优势，对工程建设却是挑战，空间有限、洞室纵横、环境复杂，极大增加了工程建设的难度，锦屏大设施对工程质量的严苛要求，也对施工技术、工艺工法、施工组织等提出了更高要求。
　　锦屏大设施正式开工建设以来，各参建单位、高校、设计院通力合作，经过3年来不断攻关，走出了一条自主创新道路，在满足地下实验室低本底辐射值、氡气抑制、表面洁净的基础上综合考虑防水措施，做到防排结合，刚柔相济，实验空间耐久适用，突破该项技术瓶颈，首创防水抑氡工艺。
　　严密的防水抑氡效果，加上新风系统，低温吸附技术，这套＂组合拳＂确保能为实验装置提供洁净环境。除此之外，实验室所用的建筑材料、实验器材全部定制生产，每批次材料均需通过低本底辐射检测，在探测器核心区，要求放射性核素含量小于10微贝克（每秒有一个原子发生衰变时，其放射性活度即为1贝克）每公斤的超纯材料，非核心区材料也要求小于1毫贝克每公斤。在地下2400米，聚集着中国极深地下科研和建设的国家队，他们向极限挑战，建设世界最＂纯净＂实验室。
　　建设中的中国锦屏地下实验室（二期局部实验设备）
　　自锦屏大设施项目开工以来，国投集团、中建集团等参建方共同研发、深入调研，全面推进工程项目信息化与业务深度融合，切实以工程建设信息为基础、以IT技术为手段，结合流程再造与管理优化，构建智能信息化管理系统。该系统以远程服务器、人员定位基站、现场监控传感器等硬件匹配BIM模型、智能巡视、人员实名制、现场定位、进度管理、质量安全管理、气体检测及一键救援构建起工程智能管理系统，从安全、质量、人员、环境、进度等指标实现全过程智能信息化管理，打造世界最深智能工地，助力建设＂国之重器＂。
　　锦屏大设施作为列入国家＂十四五＂规划的前瞻引领型重大科技基础设施，不仅填补了我国在深地实验室和暗物质研究领域的空白，更开创了央企支持国家基础前沿物理科学研究的先河。
　　03
　　打造全球深地科学研究＂圣地＂
　　建设多学科交叉、开放共享的
　　深地科学平台
　　在中国锦屏地下实验室建成之初，只有清华大学CDEX实验团队和上海交通大学PandaX实验团队入驻锦屏地下实验室，实验室一期主要开展暗物质探测方面的研究。
　　实验室二期效果图-接待区
　　随着中国锦屏地下实验室二期的建设，这里吸引了越来越多的实验团队，目前入驻的实验组有清华大学CDEX实验组、上海交通大学PandaX实验组、清华大学低本底辐射项目组、清华大学中微子实验项目组、生态环境部与北京师范大学锦屏极低辐射本底测量联合实验室、工业和信息化部电子第五研究所锦屏深地环境下集成电路软错误试验项目组、中科院岩土所锦屏深地岩石力学实验组等。2022年至2023年中国原子能院研究院JUNA实验组、四川大学华西医院深地医学实验组等多个项目团队也将入驻开展实验，实验组研究方向愈加丰富。
　　实验室二期效果图-C2厅透视图
　　10年来，清华大学、上海交大已在实验室取得近30项国际领先成果，助力我国暗物质研究从跟跑到领跑。2021年，中核集团中国原子能科学研究院和中科院近代物理研究所在这建成世界最强流深地核天体物理加速器，并成功出束。我国核天体物理实验研究步入国际先进行列。
　　中国锦屏地下实验室二期实验洞效果图
　　2024年，＂极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施＂将建成投入运行，将成为具备极低氡气浓度、极低环境辐射、超低宇宙线通量、超洁净空间等优势的国际一流深地实验室。未来，锦屏地下实验室将持续吸引国内外顶级科学团队入驻，形成粒子物理、核天体物理、宇宙学、生命科学、岩石力学等多学科交叉的世界级开放共享实验平台，成为全球深地科学研究的＂圣地＂。
　　编辑丨叶子