浙江首個國家重大科技基礎設施為我們帶來什麼

浙江新聞客戶端 | 記者 曾福泉 曾楊希

CHIEF項目效果圖

記者從浙江大學獲悉，浙大牽頭申報的超重力離心模擬與實驗裝置國家重大科技基礎設施（英文縮寫CHIEF）日前獲國家發改委批複同意建設，意味著我省「國字型大小」重大科技基礎設施迎來零的突破。

CHIEF項目選址在杭州未來科技城，與浙江大學紫金港校區直線距離8公里，建設周期為5年。省政府提供建設用地100畝、配套建設經費2.5億元，以及1.45億元用於項目預研和人才隊伍建設等，教育部和浙江大學配套建設超重力研究大樓。項目建成後將秉持「開放共享」原則，實行實驗機時開放共享、數據共享、超重力知識和技術共享。

國家重大科技基礎設施是提升人類探索未知世界、發現自然規律、實現科技變革能力的大型複雜科學研究裝置或系統，它面向國際科技發展前沿，聚焦我國經濟社會發展和國家安全戰略性、瓶頸性科技難題。近年來備受矚目的「天眼」射電望遠鏡（FAST）、上海光源、「人造太陽」托卡馬克核聚變研究裝置等均屬於國家重大科技基礎設施。

長期以來，缺少國家重大科技基礎設施是浙江創新發展的一個突出短板。省十四次黨代會指出要大力推進科創大平台建設。「謀劃建設若干國內頂尖、世界一流的重大科學裝置」寫入今年政府工作報告。

浙江迎來的首個國家重大科技基礎設施長什麼樣？它將如何運轉、發揮哪些作用？國之重器的落戶，對浙江意味著什麼？記者日前採訪了項目首席科學家中國科學院院士、浙江大學建築工程學院陳雲敏教授。

一眼「千里」、一眼「萬年」

超重力離心機是一種革命性的工程工具，能夠利用超重力的神奇效應——壓縮時空，並加速不同密度物質之間的相對運動。這樣就可以在有限的時空內，以人為手段精確模擬廣袤的大自然在漫長的時光中發生的巨變。

首台超重力離心機1931年在美國建成，世界上許多發達國家和高水平研究機構隨後競相投入建設超重力實驗裝置，機載裝置應用領域不斷拓寬，實驗環境越來越極端，產生了大量創新成果。目前世界上容量最大的美國陸軍工程師兵團離心機容量已達1200重力加速度?噸。浙大在超重力研究方面有著深厚基礎，2010年建成了容量400重力加速度?噸、最大150倍重力加速度的超重力離心機與機載裝置，在岩土體地震液化、固體廢棄物填埋場環境災害防控方面開展了大量實驗，已取得一系列國際先進的科研成果。

陳雲敏說，目前著手建設的CHIEF主體部分由兩台離心機和6座超重力實驗艙構成，建成後，離心機容量超過1500重力加速度?噸，最大離心速度達1500倍重力加速度，最大負載超過30噸，將成為容量最大、應用範圍最廣的綜合超重力多學科實驗平台。其搭載的20中個實驗裝置中，有6個為世界首創。

我們日常在地球上感受到的重力場為常重力場，而坐過山車、或是坐在一輛加速性能極佳的跑車上、或是宇航員搭乘航天器發射升空時，都能感受到超重力場。在實驗室中如何營造超重力場以應用超重力效應？陳雲敏介紹，超重力離心機就像一個天平，伸出長長的轉臂，當兩臂高速旋轉，在實驗艙內就會產生超重力場。轉速越快，超重力場就越強。轉臂半徑越大，超重力場就越均勻。

有了強大的超重力離心機，科學家就可以把振動台、高壓反應釜、高溫熔鑄爐等實驗裝置放上去工作。本設施設計的6座超重力實驗艙，將分別開展邊坡與高壩、岩土地震工程、深海工程、深地工程與環境、地質過程、材料製備等6個領域的科學研究。超重力效應賦予人們一眼「千里」、一眼「萬年」的實驗能力，使研究許多高難度課題成為可能。

CHIEF建成後，將滿足邊坡千米級失穩-流滑，300米尺度場地高烈度地震災變，2000米水深天然氣水合物安全開採、核素萬年遷移擊穿屏障、岩石圈大時空構造變形、千種材料成分製備等方向的實驗需求。

CHIEF項目瞄準岩土工程防震防災等國家重大需求。

瞄準國家重大需求

岩土工程防災減災、深海深地資源開發、能源儲備與廢棄物地下處置、地球深部過程揭示、新材料製備和表徵……「CHIEF瞄準的這些領域，均屬國家重大需求，背後又蘊藏著亟待探知的科學問題。」陳雲敏說。

我國是滑坡等地質災害最嚴重的國家之一。我國大壩數量和高度居世界之首，一旦潰壩將造成災難性後果。邊坡與高壩的防災減災，急需科學家來揭示300米級的高壩潰決和邊坡失穩、滑動和流滑機理。我國還是世界上地震災害最嚴重的國家之一，發展高性能的抗震設計方法，關鍵的科學難題在於探索複雜場地的地震規律和岩土體致災效應。

2017年，我國在南海成功試采深海天然氣水合物。但要實現商業化開採，急需攻克千米級深海地層水合物相變多場相互作用機制及災變效應的科學難題。我國的資源勘探正在向千米級深地進軍，對於百萬年、數百公里的地質構造和成岩成礦過程規律的研究，將為我們尋找合適的礦產資源提供精準指導。

我國將在2020年建成北山核廢料地下處置實驗室。以此為代表的一系列深地工程，前期急需了解污染物在地下環境中千米尺度、萬年曆時遷移的規律。

新材料研發是高端製造業的基礎，合金材料的高通量製備及優化篩選，將是我們研發戰略性新型材料的重要路徑。

陳雲敏表示，上述這些國家戰略性領域重要課題，其共性的科學問題是多相介質物質大時空尺度運移和災變機制，而這正是CHIEF的研究「特長」。

如在邊坡與高壩實驗艙，啟動極端氣候與環境模擬裝置，可以模擬暴雨，52分鐘實現一年四季濕度變化，像2013年雲南鎮雄氣候環境作用下的大型滑坡這樣的事件就可得到再現。岩土地震工程實驗艙里的三向振動台能同時在3個方向進行振動，能模擬出汶川地震中的拋射效應、蹦床效應，推動近場地震動研究的發展。深海工程實驗艙里的「油氣開採平台」將接受大風大浪和海嘯的考驗，能研究鑽井平台等海洋工程設施遇到的破壞機制。地質過程實驗艙能夠模擬百公里岩石圈歷時上百萬年的地質過程，再現青藏高原的隆起過程。

CHIEF選址杭州未來科技城，與浙江大學紫金港校區直線距離8公里

補齊基礎研究短板

瞄準世界科技前沿，強化基礎研究，實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果重大突破——黨的十九大對加快建設創新型國家提出了明確要求。環視長三角地區，就有上海張江、安徽合肥兩個綜合性國家科學中心，國家大科學裝置密集，匯聚了一批中國最頂尖的研發機構和研究團隊，有一些領域代表了全球一流水平。抓住科技革命的機遇，依靠原始創新引領技術變革和產業發展——這是許多經濟發達地區正在踐行的發展戰略。

不創新不行，創新慢了也不行。要讓創新真正成為浙江發展最鮮明的時代特色。正是明確意識到這一點，我省對爭取首個國家重大科技基礎設施落戶高度重視，積極支持。

CHIEF項目的合作單位包括中國科學院物理研究所、中國工程物理研究院總體工程研究所等。陳雲敏介紹，建成後，40%的機時數目將用於基礎研究用戶，15%用於國際用戶，如美國伊利諾伊大學厄巴納—香檳校區的高鐵路基移動荷載效應研究，20%用於產業部門及企業用戶，其餘25%用於浙江大學的各學科用戶。項目還將開展國際平行試驗，發布超重力基準試驗，共享重大工程超重力試驗數據，並創建多學科科普平台，面向社會公眾開放和提供技術培訓。

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