全球最大超重力場計畫初步建成可實現“一眼萬年”和“一步千里”
我國超重力領域基礎研究的「國之重器」取得重要進展,杭州超重力場計畫初步完成。按計劃,今年將進入第一階段試運行。香港《南華早報》11月17日指出,杭州超重力場計畫的超重力離心模擬與實驗裝置(CHIEF),一旦全面投入使用,將提供一個擁有世界上容量最大、最先進超重力離心機的多學科科學平台,有助於解決多個領域內的複雜工程問題。
如此一來,實驗室中就可以模擬出「壓縮」時間和空間的效果,讓「一眼萬年」或「一步千里」真正成為可能。
例如,這台超重力機器,能夠產生比地球表面重力大數千倍的力量,這將提高科學家對山脈上升或大壩坍塌等災害事件的理解研究,還可模擬深海中對天然氣水合物的不同開採方法,讓這儲量豐富、分佈廣泛且燃燒清潔的能源,距離實際應用更進一步。
此前,世界上容量最大的是美國陸軍工程師兵團1200g·t離心機,而領導這一項目的中國科學院院士陳雲敏在開工建設之初就曾表示,中國此番建設容量1900g·t的重載超重力離心機和容量1500g·t的高速超重力離心機,不僅將把超重力離心機能力從國內400g·t、國際最大1200g·t突破至1900g·t,還將建成應用範圍最廣的超重力多學科開放共享實驗平台,從而使我國在超重力及相關領域的研究實現從跟跑、並跑到領先的跨越。
2024年11月7日,浙江杭州,超重力實驗大樓已進入工程結束階段。
公開資料顯示,超重力離心模擬與實驗裝置計畫總投入超20億元人民幣,是「十三五」時期(2016年至2020年)優先啟動建設的10項國家重大科技基礎建設計畫之一,也是在浙江省建設的首個國家重大科技基礎建設項目。該計畫於2018年獲得了國家發改委的批准,在浙江大學科學家的監督下,於2020年開始建造。
這套超重力實驗裝置,也是全球容量最大超重力離心模擬與實驗裝置,包含模型機、重載機、高速機等三台超重力離心機主機以及18台機載裝置。其中,核心裝置離心機就像是巨人用兩隻手臂拎著兩個大吊籃飛速旋轉,旋轉產生的超重力場會對吊籃裡的物體產生時空壓縮的效應,科研人員透過這個裝置可以在很短時間內模擬出山川地形變化。
目前,第一台超重力離心機主機已安裝完畢,其餘兩台超重力離心機主機和10台機載裝置已開始處理製造。按計劃,今年將完成1300g·t模型機、100g·t驗證機和資料中心的驗收,並進入第一階段試運轉。
六座超重力試驗艙「各顯神通」 資料圖
科學界將地球上的重力稱作常重力,以1g(重力加速度)來表示,大於1個g的就叫超重力。例如,當太空人乘坐太空船返回地球時,他們會經歷4g的超重力,這相當於他們體重的四倍。 g·t並非標準計量單位,是由重力加速度單位g和質量單位t(噸)組合而成的非標準單位。
《南華早報》指出,超重力離心機被視為一種“革命性研究工具”,它能夠創造出在日常生活中不存在的極端物理條件。
中國科學院院士、浙江大學建築工程學院陳雲敏是該計畫首席科學家,也是這項大型科學設施計畫的「背後策劃者」。在2019年浙江大學一篇詳細介紹該計畫提案與設計的文章中,他曾表示,此類設施可以「壓縮」時間和空間,從而能夠對許多複雜的物理問題進行研究,並服務於廣泛的工程目的。
陳雲敏也介紹,研究岩土體和地球深部物質的時空演變、加速物質相分離時,超重力離心模擬與實驗裝置可以提供不可或缺的實驗手段。如果在超重力離心機上搭載土體污染物遷移實驗裝置,就可以看到污染物在地下大尺度、長歷時的運移。可謂「山中方一日,世上已千禧年」。
2019年6月14日,杭州,中國科學院院士、浙江大學建築工程學院教授陳雲敏介紹超重力研究計畫。 視覺中國
的確,超重力離心模擬與實驗裝置,是建構從瞬態到萬年時間尺度、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運動的實驗環境的大裝備。
有了它,就可以在實驗室裡,模擬「一眼萬年」或「一步千里」的時空壓縮,讓許多高難度課題研究成為可能。未來,這套裝置設計的6座超重力實驗艙,將分別進行邊坡與高壩、岩土地震工程、深海工程、深層工程與環境、地質製程、材料製備等6個領域的科學研究。
例如,在深海工程中,這樣的科學探索可能會使天然氣水合物(natural gas hydrates,即可燃冰)離實際應用更進一步。這是一種在海底和永久凍土之下發現的冰凍化石燃料,由水和氣體(通常是甲烷)組成,被認為是儲量豐富的能源,分佈廣泛且燃燒清潔,是未來最有前途的替代能源之一。
參與該計畫的科學家表示,超重力實驗將能夠再現開採過程,並模擬深海中不同的開採方法,為最佳開採方案提供重要的科學和實驗支持,並最大限度地減少未來可能發生的事故。