12月7日,中國錦屏地下實驗室二期土建工程竣工,達到實驗條件。 我和我的同事們去了中國的金平地下實驗室,了解這個偉大的專案和在這裡工作的人們的故事。
中國錦屏地下實驗室所在的金屏山(攝於2024年9月15日)。 (圖片由國投集團雅礱河流域水電開發提供)。
亞礱江從青海流入四川後,經甘孜、涼山流入金沙江,甘孜州有中國高空宇宙射線觀測站在梁山,現在中國有乙個很深的地下實驗室,從海拔4410公尺到地下2400公尺,與宇宙“對話”的浪漫故事每天都在中國西南上演。
錦屏山隧道位置示意圖(由國投集團雅礱河流域水電開發提供)。
中國的錦屏地下實驗室位於四川省涼山彝族自治州錦屏山地下2400公尺處,我從同事們之前的匯報中知道了這件事,很期待這個時候能夠實地拍攝。 我第一次進入錦屏是在11月初的乙個晚上,從西昌出發近2個小時後,經過幾個彎道,我進入了錦屏山隧道。 中國錦屏地下實驗室管理局的工作人員告訴我們,隧道是175公里是為滿足建設錦屏一、錦二水電站而開通的交通隧道,分為兩個AB級。 亞礱江以“幾”形流經錦屏山,形成150公里的大河灣,隧道的貫通,將原來沿河兩小時的行程縮短至20分鐘。
中國錦屏地下實驗室所在的錦屏山隧道入口(攝於2024年11月8日)。
隧道幾乎是筆直的,裸露的牆壁和前方無盡的道路在你面前會發生什麼?我們要**?
進入隧道,行駛9公里,實驗室一期矗立在路邊,距離金屏山山頂2400公尺厚,“地心之旅”是“穿越金屏山”。
錦屏山隧道內景(攝於2024年11月7日)。
但什麼是暗物質?你為什麼在這裡?地下2400公尺,是怎麼挖出來的?所有的疑惑,在隨後的採訪中慢慢解開了。
星辰大海似乎永遠與浪漫聯絡在一起。 就像金屏山和地下實驗室的命運一樣。
在第二天的採訪中,我了解到,早在20年前,清華大學的研究人員就已經開始了暗物質研究,但是在國內還沒有找到合適的地下實驗室,需要去南韓襄陽實驗室參與研究。
暗物質是指人眼看不見摸不著,天文望遠鏡和電磁學無法捕捉到的物質。 科學家推測,可見物質僅佔整個宇宙質量的5%左右,其餘約95%是暗物質和暗能量。 暗物質的研究已成為粒子物理學、宇宙學、天體物理學等學科的前沿研究問題。
2024年8月8日,北京奧運會開幕當天,清華大學的老師們也從新聞中得知了乙個讓他們欣喜若狂的重要訊息:“錦屏水電站各有2個17全長5公里的錦屏山隧道已雙向建成,埋深2400公尺。 也就是說,距離山頂2400公尺的錦屏山隧道本身的深度,正是科學家建造地下實驗室的合適深度!用當下的流行語來說——命運的齒輪開始轉動。
清華大學找到亞龍江完成現場勘察後,又有了更令人驚訝的發現:隧道上方的岩石是大理石,內部宇宙射線通量只有地面的1/1億,環境足夠“乾淨”,電站已經建成的水、電、通訊、交通等保障條件非常齊全, 並且無需進行深基坑開挖,現有隧道可以進行拓寬和改造,以滿足科學實驗的需要。
校企合作建設地下實驗室的行動開始了。
中國錦屏地下實驗室一期(攝於2024年11月7日)。
此前,美國、英國、加拿大、日本等國家的地下實驗室多為礦井式實驗室,研究人員也需要成為“**礦工”,從地面進入實驗室需要2個小時南韓、義大利、法國等國家雖然有隧道式實驗室,但深度不如錦平。 因此,實驗室一期建成投產以來,一直是世界上宇宙射線通量最小的地下最深實驗室,推動了我國暗物質研究從無到有,在較短的時間內達到了國際先進水平。
世界主要地下實驗室示意圖(資料**)。
現場工作人員告訴我們,目前探測暗物質的方法有三種:直接探測、間接探測和人工創造。 中國此前發射的“悟空”暗物質粒子探測衛星是一種間接探測方法,歐洲核子研究中心的大型強子對撞機(LHC)通過高能粒子碰撞實驗“製造”暗物質粒子。
在這裡,清華大學的第一批中國暗物質實驗(cdex)和上海交通大學的粒子和天體物理氙實驗(pandax)使用高純鍺和液態氙進行直接探測。
中國金屏地下實驗室(CJPL)二期工程的中國暗物質實驗CDEX-1T大型液氮溫控器(攝於2024年,資料**) 國投集團亞龍江流域水電開發*** 圖片提供)。
中國錦屏地下實驗室(CJPL)二期工程的PPANDAX-4T粒子和天體物理氙探測實驗裝置(資料**)國投集團雅礱江流域水電開發***由照片提供)。
實驗室一期約4000立方公尺,房間乾淨整潔,設有通風管道、空調、消防設施。
中國錦屏地下實驗室一期一角(攝於2024年11月7日)。
中國一期錦屏地下實驗室(攝於2024年11月7日)。
在實驗室盡頭一扇約1公尺厚的聚乙烯門後面,有一套清華大學的高純鍺暗物質探測器系統,其中的高純鍺探測器在十幾年的時間裡從最初的1公斤公升級為10公斤,二期計畫建設噸位高純鍺探測器。
實驗室二期擴建提上日程,錦屏大型設施也入選國家“十四五”規劃,實驗室空間擴大到四廳八室,由原來的4000立方公尺增加到33萬立方公尺。
錦屏大型設施實驗室A1館(攝於2024年11月7日)。
站在新建的實驗大廳裡,負責工程建設和專案管理的“90後”工程師李洪璧告訴我們,隧道內的條件是暗物質研究的絕佳場所,但施工並非易事。 既要克服突水、岩爆等問題,又要把科學家的異想天開的想法付諸實踐,把實驗團隊和建設單位的各種需求聯絡起來。
所有的工作都圍繞著乙個目的,為科研而工程建設!
深部環境中氡含量高,氡氣易溶於水,產生環境輻射。 該團隊首創了“防水抑氡層”,通過凹凸排水板、防水板、橡膠、混凝土等十層材料,將實驗室外岩石析出的氡氣隔離開來,總厚度約10厘公尺。 面積約10萬平方公尺的洞壁上都覆蓋著“蛋殼”。 清華大學美術學院也為此選擇了Y12公尺色。
錦平大學設施實驗大廳的防水和氡抑制層(攝於2024年11月7日)。
這幾年,因為工作的原因,我也去過很多“大國重兵器”,除了重量,這次我感受到了科學的嚴謹。 在實驗室大廳裡,從水泥、通風管道到燈泡底座,141項主要裝置和材料都有極其嚴格的要求——極低的輻射背景。
李洪璧說,一開始團隊拿著宣傳冊去找廠家找材料,特殊要求讓很多廠家“望而卻步”,有的廠家站出來支援,一起研發低本底水泥,水泥廠甚至從新疆採購了所需的低輻射煤。
如此大型的科學裝置承載著許多人的奉獻精神和奉獻精神,因此我們決定拍攝人物肖像並製作海報,講述他們在“地牢”中的“追光”。
在採訪中,李洪碧表示,他原本研究的是水電站相關專案的建設,但沒想到來到錦平3年,接觸到了很多與研究相關的知識,也對暗物質產生了濃厚的興趣雖然施工人員對暗物質是什麼了解不多,但他們在施工中也盡量做到安全和質量,以免影響實驗的進行保安人員應隨時檢查隧道裝置及實驗室執行情況,確保實驗室穩定執行長期在地下工作,發現許多人缺乏維生素D......
上海交通大學熊貓實驗團隊成員在錦平大學設施除錯實驗裝置(攝於2024年11月7日)。
清華大學CDEX實驗組成員在中國錦屏地下實驗室罐裝液氮(攝於9月19日)。 新華社記者薛晨 攝。
採訪結束後,我們驅車駛出隧道,山谷裡到處都是城市中很少見的星星。 這樣的景象讓我感慨萬千:中國科學家在2400公尺高的岩層下,不就是仰望這無邊無際、神秘莫測的星空嗎?
好奇心是一種本能,不斷驅使人們探索未知。 暗物質、中微子、核天體力學、深地醫學......中國仰望地下2400公尺的星空,探索浩瀚的宇宙,學習新事物。 我會繼續關注和記錄,期待未來有更多好訊息從這裡傳來!
策展人:藍紅光。
統籌:費茂華、周大慶、劉金海。
記者:徐炳傑.
編輯:謝秀東、盧帥、尹東勳、徐佳義。