四川在线记者 宁宁
12月7日，世界最深、最大的极深地下实验室，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”）正式投入科学运行，迎来首批来自生态环境部、清华大学、北京师范大学等单位的10个实验项目组正式进驻。
锦屏大设施是国内第一个极深地下实验室基础设施建设项目，也是国际上第一次大规模建设具有极低辐射本底极端条件的综合实验设施。多项第一“在身”，锦屏大设施为何建，如何建？
雅砻江锦屏一级水电站大坝和陡峻的锦屏山
打造全球深地科研前沿基地
何为极深地下实验室？答案简单：岩石覆盖超过2000米的地下实验室，被称为极深地下实验室。目前，美国、加拿大、日本、俄罗斯等国都在建设自己的极深地下实验室。
为何要建极深地下实验室？答案和暗物质有关。
天文数据显示，目前世界上人类发现的物质只有5%左右，剩下95%的物质没被发现，这部分物质就是暗物质。“95%，这么大的物质质量，必然为宇宙的起源、物质的发展带来非常重要的作用。”锦屏大设施工程指挥部副总指挥、总工程师，清华大学工程物理系教授李元景说，对暗物质进行研究，将帮助我们很好地认识世界和宇宙。
但此前，我国研究暗物质的深地实验室存在空白，国内科研院所大多只能租用国外的实验室进行暗物质与深地科学研究。直到2010年，中国锦屏地下实验室一期建成投运，成为世界最深地下实验室。
本次锦屏大设施投运，使得中国锦屏地下实验室在一期的基础上，实验厅总容积从约4000立方米扩大近80倍，将达到30万立方米，同时地上辅助实验平台建筑面积将达到约4千平方米，有望成为世界深地物理实验的中心。
“锦屏大设施重要的目的之一是为了研究暗物质。”实验室主任、北京师范大学党委书记程建平介绍，锦屏大设施作为粒子物理和核物理领域的“国之重器”，不仅为暗物质、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，还是一个开放共享的大科学装置，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。
国投集团雅砻江公司锦屏地下实验室管理局局长李名川说，在这里，研究内容不仅有暗物质、中微子探测、物品的辐射检测和辐射方面的职业健康研究等，也有细胞分裂、生殖发育、肿瘤免疫等医学研究，还有地震、岩石力学等研究，甚至芯片的封装也正在开展测试。“未来这里将形成多学科交叉的开放共享实验平台，打造成为全球深地科学研究的前沿基地，助力国家科创平台‘跨越式提升’。”
锦屏山交通隧道东端入口
地下2400米处建设最“纯净”实验室
为何要在凉山锦屏建？
科学家介绍，研究暗物质就得屏蔽各种宇宙射线，岩石是天然的阻隔物，而且随着岩层增厚，宇宙射线衰减会越来越快。所以实验室不仅要建在地底，还会选择最大的垂直岩石覆盖。
锦屏地下实验室位于凉山锦屏水电站锦屏山隧道中部地下2400米处，厚厚的锦屏山能够把绝大部分的宇宙射线都屏蔽掉，山体本身的辐射也极低。“这些条件是科学家开展暗物质研究的绝佳实验场所。”李名川说，相比世界第二大的地下实验室，锦屏地下实验室的空间还要大出将近一倍，足够大的空间，意味着可以安装更大的科学设施，科学成果取得的周期也会大大缩短。
锦屏大设施实验B2厅上海交大实验间
然而，深地实验设施项目对科学实验是优势，对工程建设却是挑战。
譬如，位于地下2400米，锦屏山厚实的大理岩能隔绝大部分宇宙辐射，但岩体却会产生具有放射性的“氡气”，影响实验精度；地下洞室空间有限、环境复杂等因素进一步增加了工程建设难度……
如何破解建设难题？据介绍，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”。
针对氡，施工单位创新使用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％。
中建三局锦屏大设施二标项目经理王伟介绍，为实现更低的辐射本底，他们定制了所有设备、材料，并成功研制低辐射水泥、金刚砂、岩棉及一批低辐射机电设备，最大限度控制实验室辐射本底，打造最“纯净”实验环境。
目前，该项目建成全球最大的物理实验液氮恒温罐和聚乙烯屏蔽舱，建成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。
中国工程院院士、中国辐射防护学会理事长罗琦说，通过攻关关键技术和应用智能建造技术，锦屏大设施已建设成为具备“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将起到极大推动作用，也为我国辐射防护科学事业提供了国际水平的平台。
科研人员正在做实验
此外，锦屏大设施还是国内唯一一个校企共建的国家重大科技基础设施项目，是雅砻江公司和清华大学以产、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。
实验室管委会主任委员、雅砻江公司党委书记、董事长祁宁春表示，公司将和清华大学一道在基础研究、关键技术攻关上持续发力，探索实现产学研深度融合，促进科学成果转化，助力推动我国在基础研究领域的自主创新能力和科技综合实力提升。
图片由雅砻江公司提供
