全球最大超重力场项目初步建成!可实现“一眼万年”和“一步千里”
【文/观察者网 熊超然】11月11日,我国超重力领域基础科研的“国之重器”取得重要进展,杭州超重力场项目初步建成。按计划,今年将进入第一阶段试运行。
香港《南华早报》11月17日指出,杭州超重力场项目的超重力离心模拟与实验装置(CHIEF),一旦全面投入使用,将提供一个拥有世界上容量最大、最先进超重力离心机的多学科科学平台,有助于解决多个领域内的复杂工程问题。如此一来,实验室中就可以模拟出“压缩”时间和空间的效果,让“一眼万年”或者“一步千里”真正成为可能。
比如,这一超重力机器,能够产生比地球表面重力大数千倍的力量,这将提高科学家对山脉上升或大坝坍塌等灾害事件的理解研究,还可模拟深海中对天然气水合物的不同开采方法,让这一储量丰富、分布广泛且燃烧清洁的能源,距离实际应用更进一步。
此前,世界上容量最大的是美国陆军工程师兵团1200g·t离心机,而领导这一项目的中国科学院院士陈云敏在开工建设之初就曾表示,中国此番建设容量1900g·t的重载超重力离心机和容量1500g·t的高速超重力离心机,不仅将把超重力离心机能力从国内400g·t、国际最大1200g·t突破至1900g·t,还将建成应用范围最广的超重力多学科开放共享实验平台,从而使我国在超重力及相关领域的研究实现从跟跑、并跑到领跑的跨越。
2024年11月7日,浙江杭州,超重力实验大楼已进入工程收尾阶段。 视觉中国
公开资料显示,超重力离心模拟与实验装置项目总投入超20亿元人民币,是“十三五”时期(2016年至2020年)优先启动建设的10项国家重大科技基础设施项目之一,也是在浙江省建设的首个国家重大科技基础设施项目。该项目于2018年获得了国家发改委的批准,在浙江大学科学家的监督下,于2020年开始建设。
这套超重力实验装置,也是全球容量最大超重力离心模拟与实验装置,包含模型机、重载机、高速机等三台超重力离心机主机以及18台机载装置。其中,核心装置离心机就像是巨人用两个手臂拎着两个大吊篮飞速旋转,旋转产生的超重力场会对吊篮里的物体产生时空压缩的效应,科研人员通过这个装置可以在很短时间内模拟出山川地貌变化。
目前,第一台超重力离心机主机已安装完毕,其余两台超重力离心机主机和10台机载装置已开始加工制造。按计划,今年将完成1300g·t模型机、100g·t验证机和数据中心的验收,并进入第一阶段试运行。
六座超重力试验舱“各显神通” 资料图
科学界将地球上的重力称作常重力,用1g(重力加速度)来表示,大于1个g的就叫超重力。比如,当宇航员乘坐航天器返回地球时,他们会经历4g的超重力,这相当于他们体重的四倍。g·t并不是一个标准计量单位,是由重力加速度单位g和质量单位t(吨)组合而成的非标准单位。
《南华早报》指出,超重力离心机被视为一种“革命性研究工具”,它能够创造出在日常生活中不存在的极端物理条件。
中国科学院院士、浙江大学建筑工程学院陈云敏是该项目首席科学家,也是这一大型科学设施项目的“背后策划者”。在2019年浙江大学一篇详细介绍该项目提案与设计的文章中,他曾表示,此类设施可以“压缩”时间和空间,从而能够对许多复杂的物理问题进行研究,并服务于广泛的工程目的。
陈云敏还介绍,研究岩土体和地球深部物质的时空演变、加速物质相分离时,超重力离心模拟与实验装置可以提供必不可少的实验手段。如果在超重力离心机上搭载土体污染物迁移实验装置,就可以看到污染物在地下大尺度、长历时的运移。可谓“山中方一日,世上已千年”。
2019年6月14日,杭州,中国科学院院士、浙江大学建筑工程学院教授陈云敏介绍超重力研究项目。 视觉中国
的确,超重力离心模拟与实验装置,是一个构建从瞬态到万年时间尺度、从原子级到千米级空间尺度、从常温常压到高温高压等多相介质运动的实验环境的大装备。
有了它,就可以在实验室里,模拟“一眼万年”或者“一步千里”的时空压缩,让许多高难度课题研究成为可能。未来,这套装置设计的6座超重力实验舱,将分别开展边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程与环境、地质过程、材料制备等6个领域的科学研究。
例如,在深海工程中,这样的科学探索可能会使天然气水合物(natural gas hydrates,即可燃冰)离实际应用更进一步。这是一种在海底和永久冻土之下发现的冰冻化石燃料,由水和气体(通常是甲烷)组成,被认为是储量丰富的能源,分布广泛且燃烧清洁,是未来最有前途的替代能源之一。
参与该项目的科学家表示,超重力实验将能够再现开采过程,并模拟深海中不同的开采方法,为最佳开采方案提供重要的科学和实验支持,并最大限度地减少未来可能发生的事故。
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