世界最大！我国超重力实验装置启动核心设备

9月29日，国家重大科技基础设施——超重力离心模拟与实验装置在浙江杭州启动首台离心机主机。该设施将营造超过地球重力千百倍的“超重力场”，实现“时空压缩”效应，为一系列研究提供关键支撑。

超重力离心模拟与实验装置由浙江大学牵头建设，包括三台离心机主机，以及边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程与环境、地质过程、材料制备等六座实验舱的18台机载装置。

本次启动的首台离心机“CHIEF1300”容量为1300g·t（重力加速度·吨），是目前世界上容量最大的离心机。此外，容量为1500g·t和1900g·t的两台离心机“CHIEF1500”和“CHIEF1900”正在紧锣密鼓地安装建设中。

图为超重力离心模拟与实验装置启动的首台离心机主机“CHIEF1300”。（浙江大学供图）

为什么要建设超重力离心模拟与实验装置？

地球重力场的加速度约为９.８米/平方秒，称为常重力场，超过这个数值就称为超重力场。例如坐过山车时人承受的最大加速度会达到常重力的２倍，航天器发射时加速度可达常重力的4至5倍，太阳上的重力场是常重力的28倍，而超重力离心模拟与实验装置离心机主机的超重力最大将达到常重力的1500倍。

“超重力场中，科研人员在实验室中能以很小的尺寸、极短的时间，再现真实世界中的重大灾难、地质演化、极端环境。”超重力离心模拟与实验装置首席科学家、中国科学院院士、浙江大学教授陈云敏说。

例如，在100倍常重力的实验中，100米的真实物体可以“缩尺”至1米，100年的污染物迁移过程可以“缩时”至3.65天。这种“时空压缩”效应，将为国家重大科技任务开展、重大工程新技术研发和验证、物质科学前沿发展等方面提供关键支撑。

“超重力场”如何实现？

“CHIEF1300”的主机室是一间占地约230平方米的圆形地下室，位于中央的离心机就像是一个能够高速“自转”的巨型“天平”。

工作时，半径长约6.4米的转臂将带动实验装置高速旋转，速度越快，离心力越大，当离心加速度超过地球常重力，就形成超重力场。目前，该离心机的超重力场已调试运转至验收指标，可实现常重力的10倍到300倍。

“为了令装置提供丰富且稳定的超重力环境，更广泛地支持不同学科的需求，我们特别采取了深基坑、低气压机室、液冷壁技术等一系列方案，保障主机的高质量运行。”超重力离心模拟与实验装置总工程师、浙江大学求是特聘教授凌道盛说。

图为超重力离心模拟与实验装置实验大楼。（浙江大学供图）

超重力离心模拟与实验装置如何推动研究发现？

据介绍，该设施是将超重力场与极端环境叠加一体的大型复杂科学实验设施。18台机载装置覆盖深海深地资源开发、防灾减灾、废弃物地下处置、新材料制备等多个领域。

在一系列预研实验中，研究人员们已有许多收获：在深海高压温控实验装置中，复现2000米深海的水压，试验深海海床中可燃冰开采的安全性；在超重力振动台中，模拟强震的地质危害，验证水电站坝基的抗强震设计；在造波、造啸及重力流实验装置中，推演4米高浪、20米海啸与海床的互相作用，为海上风电场选址提供参考；在超重力定向熔铸炉中，制备高铁接触网导线材料，具有缺陷少、强度高、延伸率大等性能……

“超重力的世界非常精彩！”陈云敏说，超重力离心模拟与实验装置将致力于构建开放共享的国际前沿科研平台，期待与全球顶尖科研力量与团队开展合作，为全球科学研究的持续进步与创新发展注入动力。