​锦屏暗物质实验室：画出地下最深“排除线” “领跑”世界暗物质探测成果

锦屏暗物质实验室：画出地下最深“排除线” “领跑”世界暗物质探测成果

世界最深、最大地下实验室就建在雅砻江畔巍巍锦屏山中。

从天空鸟瞰，奔腾的雅砻江从青海巴颜喀拉山南麓一路向南，奔流在绵延的山脉之间，到了巍峨的锦屏山，大江被山体阻挡，径流折向东北，又迅速南折，形成了150公里壮丽的雅砻江大河湾。

二十多年前，水电建设者们将大河湾截弯取直，在锦屏山脉东西麓建设锦屏一级、二级两座世界级水电站，为了连接两座水电站，埋藏在锦屏山下2000多米、长达17.5公里的锦屏山隧道应运而生。

在那时，谁也不会想到，这条隧道会与宇宙研究建立起联系。

世界最深、最大的地下实验室——中国锦屏地下实验室，就藏在锦屏山下2400米的隧道之中。

近日，记者走进实验室，采访了解了实验室建设的故事以及暗物质研究最新成果。

极限挑战“地下2400米”打造世界最“纯净”实验室

早在多年以前，清华大学科研人员便开始了暗物质研究，但此时，由于国内没有适合的地下实验室，科学家们只能申请使用国外实验室，各方面研究受到了诸多限制。国内科研界迫切希望建成自己的地下实验室，考察多地，却一直没有找到理想之所。

2008年8月8日，一篇锦屏山隧道贯通的新闻简讯，悄然敲开了一道通往未来科学世界的大门。正在苦苦寻找暗物质研究场地的清华大学科学家们看到新闻，敏锐意识到这里也许就是开展暗物质研究的绝佳场所。

他们在评估了深度、地质结构、综合保障条件等多种因素后，认定这里是开展暗物质研究的绝佳场所，并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，若稍有不慎，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。

为了支持国家基础科研，雅砻江公司不惧风险与挑战，毅然与清华大学携手共同建设实验室。通过科学论证、精心组织施工，公司有效解决了安全风险，双方仅用一年半时间就完成了实验室一期建设。

2010年12月，中国锦屏地下实验室（一期）在隧道中部地下2400米处建成投运，以锦屏山为天然平台，以水电站深埋长隧洞为基础，建成了我国首个、世界最深的地下实验室。

“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。”锦屏地下实验室管理局负责人申满斌介绍。

锦屏山暗物质实验室“头顶”2400米厚的岩石，阻挡了绝大部分的宇宙射线，但岩体却会缓慢释放“氡气”，影响到实验的精度。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。另一方面，地下洞室空间有限、环境复杂，进一步增加了工程建设难度……

面对相互叠加交织的多种难题，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”。

在项目施工中，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%。

据介绍，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，极大地推动了深地工程建设技术进步。

高质量科研成果不断涌现“国之重器”构建科学前沿阵地

2013年，清华大学发布了我国第一个自主暗物质实验成果，到如今，已累计发表取得的30余项国际领先科研成果，其中一项成果获教育部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”，实现了我国暗物质研究从“跟跑”“并跑”到“领跑”的跨越。

“当前，科学家们正不断向下刷新‘排除线’，在‘排除线’曲线上方，是科学家们已经搜索过的区域，确认没有发现暗物质，而‘排除线’下方，才是暗物质可能存在的区域。所以，谁画的‘排除线’越靠下，谁的成果越领先。目前，全世界的科学家都在你追我赶、争取率先画出最新的‘排除线’。让我们自豪的是，锦屏实验室画出了全世界最靠下的‘排除线’，代表我们取得了世界最领先的探测成果。”申满斌自豪地说。

2023年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，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。

通过一系列关键技术攻关和智能建造技术的应用，“锦屏大设施”已经建设成为具备“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，对我国深地基础科学研究起到极大推动作用，也为我国辐射防护科学事业提供了国际水平的平台。首批来自清华大学、上海交通大学、北京师范大学、中国原子能科学研究院、中国科学院武汉岩土力学研究所等高校和科研院所的10个实验项目组进驻开展科学实验。

“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。

同时，作为开放共享的大科学装置，锦屏地下实验室也为深地岩体力学、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，具有重要意义。

来源：凉山日报