浙江在線2月1日訊(浙江在線通訊員 周煒 孫婧宜 記者 章咪佳)記者日前了解到,國家發(fā)改委正式批復(fù):浙江大學(xué)將牽頭建設(shè)超重力離心模擬與實驗裝置國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,項目選址杭州未來科技城,這是在浙江省建設(shè)的首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。
這則消息背后,是這樣一出大戲:5年后,杭州會出現(xiàn)兩臺(一組)大家伙,它們占地89畝,和9個標(biāo)準(zhǔn)足球場差不多大,總投入將超過20億元人民幣;它的學(xué)名叫超重力離心機,簡稱“CHIEF”,正好是“首領(lǐng)”的英文。
CHIEF裝置建成后,將成為全世界容量最大、應(yīng)用范圍最廣的綜合超重力多學(xué)科實驗平臺。
“首領(lǐng)”主要功能:
壓縮時空,瞬息萬年
CHIEF項目首席科學(xué)家——中國科學(xué)院院士、浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院教授陳云敏帶我們?nèi)タ戳艘粋€現(xiàn)有的超重力離心機,它藏在浙大建工實驗大廳的地底下,是一個離心加速度達(dá)到150倍重力加速度的超重力離心機。不過,和未來的CHIEF相比,它可能是迷你版了。
CHIEF離心機容量超過1500重力加速度·噸,最大離心速度達(dá)1500倍重力加速度,最大負(fù)載超過30噸。
兩臺主機,一臺為“高負(fù)載低加速度離心機”,有效回轉(zhuǎn)半徑10米——也就是一條手臂就有10米長,可搭載16臺實驗裝置;
另一臺是“低負(fù)載高加速度離心機”,有效回轉(zhuǎn)半徑4.2米,可搭載4臺實驗裝置。
“首領(lǐng)”的原理,源自在地球重力場的作用下,不同密度的物質(zhì)之間發(fā)生著相對運動。比如,在重力的驅(qū)動下,比較重的鐵和鐵合金逐漸運移到地球深部核心,而石英、橄欖石等較輕的巖土體和礦物則逐漸運移到地球表層。越往深處,巖土體的密度增大,承重能力也逐步增加。
如果重力強度發(fā)生變化,會產(chǎn)生很多神奇的效應(yīng)。舉個例子,科學(xué)家想知道100米高的大壩的失穩(wěn)性狀,只需要造一米高的模型,加上100倍重力加速度的超重力,就能模擬實際效果。
其次,超重力場增大了不同物質(zhì)之間相對運動的驅(qū)動力,從而產(chǎn)生縮時作用。比如超重力場下的爆氣試驗,增大了氣泡的運動速度,加速了相分離。
陳云敏介紹,建成后的CHIEF,將構(gòu)建瞬態(tài)到萬年時間尺度、從原子級到千米級空間尺度、從常溫常壓到高溫高壓等多相介質(zhì)物質(zhì)運動的實驗環(huán)境,具備單次實驗再現(xiàn)巖土體千米尺度演變與災(zāi)變、污染物萬年歷時遷移、獲取千種材料成分的實驗?zāi)芰Α?/p>
“該設(shè)施建成后可為深海深地資源開發(fā)、防災(zāi)減災(zāi)、廢棄物地下處置、新材料制備等領(lǐng)域的研究提供有力支撐。”陳云敏介紹。目前實驗艙所搭載的20多個實驗裝置中,有6個為世界首創(chuàng),
簡單地說,超重力離心機的特異功能就是:壓縮時空,瞬息萬年。
邊建設(shè)邊探索
科學(xué)家表示要對得起良心
在CHIEF項目中,中國科學(xué)院院士、浙江大學(xué)學(xué)術(shù)委員會主任、材料科學(xué)家張澤的角色是材料制備實驗艙的負(fù)責(zé)人。
陳云敏和張澤是浙大兩位出了名的幽默院士,在一起可以說相聲。
在介紹了CHIEF團(tuán)隊的科學(xué)家后,陳云敏說:“張澤院士經(jīng)常說我操勞,你著什么急呢。呵呵,我是學(xué)土木工程的,比如我造大樓,不能造著試試、倒了就倒了,這是工程和科學(xué)的區(qū)別??茖W(xué)是探索。我們做工程是必須要做好?!?/p>
陳云敏的操勞來自現(xiàn)實情況,“目前,超重力設(shè)施的科學(xué)目標(biāo)和工程目標(biāo)已經(jīng)明確,預(yù)算是20億左右,國家投入如此巨資,如果失敗,科學(xué)家良心上過不去?!彼f,“大科學(xué)裝置的要求是技術(shù)成熟、國際領(lǐng)先,從某種程度上說,這兩個要求存在著一定矛盾,凡是科學(xué)前沿的東西,都是未知和不成熟的,這就給我們帶來非常大的挑戰(zhàn)?!?/p>
目前對CHIEF團(tuán)隊來說,最重要的是關(guān)鍵技術(shù)的凝練,它是這個項目能否成功的關(guān)鍵。
“我們一共凝練了54項關(guān)鍵技術(shù),接下來要一項一項要進(jìn)行可行性論證,邀請最好的專家前來論證。”
但是,即使專家認(rèn)為這個是可以實現(xiàn)的,也不能百分百保證實現(xiàn),因為相關(guān)的實驗在常重力下實現(xiàn),可放在1500倍重力加速度下會表現(xiàn)如何,誰也不知道。
CHIEF一共有六座實驗艙,既有高新技術(shù)、高新材料方面的研究,也有非?;A(chǔ)性的重大的科學(xué)探索。
“比如說我們有一個設(shè)計方案,關(guān)于南海的可燃冰開采,這個方案不能直接到海上去做實驗,那樣做代價是非常高的?!?/p>
所以CHIEF的使命就是進(jìn)行重大工程的設(shè)計、研究和驗證。“我們前面四個艙,邊坡與高壩、巖土地震工程、深海工程、深地工程主要是圍繞著我們國家的重大工程,設(shè)計是圍繞著我們國家建設(shè)的工程難題和需求來的?!标愒泼粽f,“比如說大壩,我國的壩是世界上最高的,那我們就要重現(xiàn)大壩在極端情況下的潰決。300米級的高壩,它會受到哪些因素影響?它為什么會潰決?那研究清楚了就會提出相應(yīng)的應(yīng)對技術(shù)?!?/p>
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正負(fù)電子對撞機、天眼
都是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施
國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施是提升人類探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、實現(xiàn)科技變革能力的大型復(fù)雜科學(xué)研究裝置或系統(tǒng),是推動國際科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的國之重器。它面向國際科技發(fā)展前言,聚焦我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國家安全戰(zhàn)略性、瓶頸性科技難題,兼具科學(xué)研究與工程建設(shè)雙重屬性。
近年來,我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得顯著進(jìn)展,北京正負(fù)電子對撞機、上海光源、天眼FAST射電望遠(yuǎn)鏡等一批設(shè)施全球領(lǐng)先。
“十三五”期間,我國將啟動建設(shè)10個優(yōu)先布局項目。浙江大學(xué)牽頭的超重力離心模擬與實驗裝置為其中之一。
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