揭秘：地下2400米的實驗室長什麼樣

國投集團雅礱江水電與清華大學共建的中國錦屏地下實驗室地下2400米的實驗室有哪些黑科技？

主導宇宙演化的洪荒之力到底是什麼？佔宇宙95%的暗物質與暗能量究竟是怎樣的存在？探測暗物質對揭開宇宙奧秘至關重要，暗物質、中微子、恆星演化、元素形成，這些前沿科學研究將為人類認識宇宙帶來革命性的突破。科學研究苦苦探尋的答案，也許不在浩渺星空，而在2400米地下深處。

01

向深地進軍

打造“中國首個”“世界最深”

雅礱江錦屏段河谷▲

本世紀初，按照“一個主體開發一條江”的國家授權，為加快雅礱江流域水能資源開發，建設“西電東送”重點工程，國投集團雅礱江流域水電開發有限公司將錦屏大河灣截彎取直，建設兩座世界級水電站。包括世界最高壩水電站——錦屏一級水電站；世界最大規模水工隧洞群水電站——錦屏二級水電站。2008年8月8日連線兩座電站的錦屏山隧道貫通。正在苦苦尋找暗物質研究場地的清華大學敏銳意識到這裡是開展暗物質研究的絕佳場所，迅速與雅礱江水電取得聯絡。

錦屏山隧道是世界上埋深最深的隧道之一，高埋深帶來強巖爆、突湧水。錦屏山隧道建設過程中，多次遭遇大流量突湧水，遭遇較大規模巖爆1200多次，被國內外專家稱為地下工程施工中的“癌症”。在此基礎上擴挖建設實驗室，稍有不慎，會再次發生巖爆、塌方，對原有隧洞造成巨大破壞，甚至造成錦屏水電站癱瘓。實驗室建設時期，也是錦屏水電工程建設高峰期，給高質量高標準建設錦屏水電工程帶來巨大挑戰。

中國錦屏地下實驗室一期的入口▲

雖然面對這些挑戰，但作為中央企業，國投集團雅礱江水電毅然決定支援國家基礎科學研究。2009年，清華大學與雅礱江水電合作，在位於四川涼山的錦屏二級水電站輔助洞中部的地下2400米處修建極深地下實驗室（中國錦屏地下實驗室一期）。經過科學論證，雅礱江水電迅速抽調人力物力，與清華大學一道進行工程建設。僅用一年半的時間就建設完成中國錦屏地下實驗室一期，國內外媒體、科學家以“清華精神、雅礱江速度”“彎道超車”等詞語來稱讚中國錦屏地下實驗室的建設。

實驗室以錦屏山為天然屏障，以錦屏二級水電站貫穿錦屏山的深埋長隧洞為基礎。與國際上其他的地下實驗室相比，中國錦屏地下實驗室岩石覆蓋最深、宇宙線通量最小、可用空間最大，並且具備交通便捷、電力及水源充足、基礎設施完備等優勢。

中國錦屏地下實驗室 （一期早期原貌）▲

2010年12月，中國錦屏地下實驗室（一期）建成投入使用，成為我國首個、也是世界最深的地下實驗室，填補了我國深地實驗室的空白，為中國重大基礎前沿科學研究提供了重要的平臺。這也是國內首個校企共建的國家重大科技基礎設施專案，是雅礱江水電以產、學、研合作方式助推國家基礎科學研究的重大舉措，開闢了國有大型企業支援國家基礎科學研究的先河。

隨著科研成果的不斷湧現，中國錦屏地下實驗室在國內外的科學影響力日益擴大，多個國內外科研機構和合作組向錦屏實驗室提出實驗空間的使用需求。規劃建設一個更大空間，容納更多實驗組的實驗室二期專案，成為學界共同的需求。

錦屏大設施佈局圖▲

2014年，清華大學與雅礱江水電再次簽署協議，共同建設“中國錦屏地下實驗室”二期工程，將地下可用實驗空間由原來的4000立方米增加到30萬立方米。2016年，國家提出“向深地進軍”戰略。在錦屏地下實驗室一期、二期工程的基礎上，清華大學會同雅礱江水電提出建設“極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施”專案（簡稱“錦屏大設施”）。專案於2016年在《國家重大科技基礎設施建設“十三五”規劃》中正式釋出，之後專案透過教育部的評審，並獲得國家發改委正式批覆。2019年7月20日，錦屏大設施專案正式啟動。2020年12月，錦屏大設施正式開工建設。

02

攻克“地下2400米”極致挑戰

建設最“純淨”的實驗室

在地下2400米處“仰望星空”，正是因為地下實驗環境能降低宇宙線對科學實驗的干擾，中國錦屏地下實驗室開展的實驗研究，除控制宇宙線通量外，還需要嚴格控制“環境本底”，讓實驗處於“純淨”的環境中。然而深地環境本身氡氣含量偏高，富集效應會進一步增大氡氣濃度，對實驗產生干擾。同時，實驗室建設所需的鋼筋、水泥、骨料，以及實驗儀器裝置等都需要滿足低本底要求，降低對實驗的干擾。

此外，錦屏大設施工程建設在國內沒有先例，沒有任何借鑑的工法和標準，只能在實踐中探索，深地環境對科研是優勢，對工程建設卻是挑戰，空間有限、洞室縱橫、環境複雜，極大增加了工程建設的難度，錦屏大設施對工程質量的嚴苛要求，也對施工技術、工藝工法、施工組織等提出了更高要求。

錦屏大設施正式開工建設以來，各參建單位、高校、設計院通力合作，經過3年來不斷攻關，走出了一條自主創新道路，在滿足地下實驗室低本底輻射值、氡氣抑制、表面潔淨的基礎上綜合考慮防水措施，做到防排結合，剛柔相濟，實驗空間耐久適用，突破該項技術瓶頸，首創防水抑氡工藝。

嚴密的防水抑氡效果，加上新風系統，低溫吸附技術，這套“組合拳”確保能為實驗裝置提供潔淨環境。除此之外，實驗室所用的建築材料、實驗器材全部定製生產，每批次材料均需透過低本底輻射檢測，在探測器核心區，要求放射性核素含量小於10微貝克（每秒有一個原子發生衰變時，其放射性活度即為1貝克）每公斤的超純材料，非核心區材料也要求小於1毫貝克每公斤。在地下2400米，聚集著中國極深地下科研和建設的國家隊，他們向極限挑戰，建設世界最“純淨”實驗室。

建設中的中國錦屏地下實驗室（二期區域性實驗裝置）▲

自錦屏大設施專案開工以來，國投集團、中建集團等參建方共同研發、深入調研，全面推進工程專案資訊化與業務深度融合，切實以工程建設資訊為基礎、以IT技術為手段，結合流程再造與管理最佳化，構建智慧資訊化管理系統。該系統以遠端伺服器、人員定位基站、現場監控感測器等硬體匹配BIM模型、智慧巡視、人員實名制、現場定位、進度管理、質量安全管理、氣體檢測及一鍵救援構建起工程智慧管理系統，從安全、質量、人員、環境、進度等指標實現全過程智慧資訊化管理，打造世界最深智慧工地，助力建設“國之重器”。

錦屏大設施作為列入國家“十四五”規劃的前瞻引領型重大科技基礎設施，不僅填補了我國在深地實驗室和暗物質研究領域的空白，更開創了央企支援國家基礎前沿物理科學研究的先河。

03

打造全球深地科學研究“聖地”

建設多學科交叉、開放共享的

深地科學平臺

在中國錦屏地下實驗室建成之初，只有清華大學CDEX實驗團隊和上海交通大學PandaX實驗團隊入駐錦屏地下實驗室，實驗室一期主要開展暗物質探測方面的研究。

實驗室二期效果圖-接待區▲

隨著中國錦屏地下實驗室二期的建設，這裡吸引了越來越多的實驗團隊，目前入駐的實驗組有清華大學CDEX實驗組、上海交通大學PandaX實驗組、清華大學低本底輻射專案組、清華大學中微子實驗專案組、生態環境部與北京師範大學錦屏極低輻射本底測量聯合實驗室、工業和資訊化部電子第五研究所錦屏深地環境下積體電路軟錯誤試驗專案組、中科院岩土所錦屏深地岩石力學實驗組等。2022年至2023年中國原子能院研究院JUNA實驗組、四川大學華西醫院深地醫學實驗組等多個專案團隊也將入駐開展實驗，實驗組研究方向愈加豐富。

實驗室二期效果圖-C2廳透檢視▲

10年來，清華大學、上海交大已在實驗室取得近30項國際領先成果，助力我國暗物質研究從跟跑到領跑。2021年，中核集團中國原子能科學研究院和中科院近代物理研究所在這建成世界最強流深地核天體物理加速器，併成功出束。我國核天體物理實驗研究步入國際先進行列。

中國錦屏地下實驗室二期實驗洞效果圖▲

2024年，“極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施”將建成投入執行，將成為具備極低氡氣濃度、極低環境輻射、超低宇宙線通量、超潔淨空間等優勢的國際一流深地實驗室。未來，錦屏地下實驗室將持續吸引國內外頂級科學團隊入駐，形成粒子物理、核天體物理、宇宙學、生命科學、岩石力學等多學科交叉的世界級開放共享實驗平臺，成為全球深地科學研究的“聖地”。

編輯丨葉子