超重力实验装置启动核心设备

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在浙江杭州城西科创大走廊腹地距地面15米的地下大厅内，一台粗长的旋臂缓缓启动，逐渐提速。末端的实验舱内，300个g(常重力)的惊人加速度正让物质的运动以“一眼万年”的速度展开。伴随轰鸣声传来，浙江省首个国家大科学装置——超重力离心模拟与实验装置(以下简称“CHIEF”)核心设备近日正式启动。

由浙江大学牵头建设的CHIEF被《物理世界》杂志评价为“全世界能力最强的离心机”。如今率先开机运行的CHIEF1300容量达到1300g·t(重力加速度·吨)，刷新了全球纪录。

什么是超重力？过山车俯冲时的失重与眩晕、飞机爬升时胸口的压迫感，都是人们日常可感知的超重力体验。但在CHIEF实验舱中，研究人员可以把这种体验成百上千倍放大，用于模拟现实中无法直接观测的极端过程。“我们希望通过离心加速度和负载的调控，构建从瞬态到万年、从原子级到千米级、从常温常压到高温高压的多相介质运动实验环境。”CHIEF首席科学家、中国科学院院士、浙江大学教授陈云敏介绍，这一装置能够让地质演化、滑坡塌陷、深海能源开采、新材料凝固等场景在实验室里加速呈现。

作为承前启后的“模型机”，CHIEF1300实现了从150g到300g的最大加速度跃升，旋转半径从4.5米增加到6米，容量更是从400g·t提升到1300g·t。总工程师凌道盛介绍，团队为此创造性地提出了“上下两端支撑、三导液压轴承”的结构体系，并自主研发了全球最大法兰直径的真空温控系统，以解决高速运转下巨量热量散除的难题。“CHIEF1300配备了不平衡力动态调节系统，可以在实验过程中自动补偿，保证高速旋转时的稳定性。”他说，这为未来开展更复杂的动态实验奠定了基础。

这一“超级机器”的诞生并不容易。超高速运转、更长的机械臂、更极端的工况，意味着没有现成经验可循。为了保障设备安全运行，研发团队跨学科协作，从结构体系、真空密封、动态平衡到材料工艺均需“破题”。“这台机器的每一次转动，都凝结着数百位科研人员的心血。”项目团队成员感慨道。浙江大学多学科平台会聚了来自建筑工程、控制、软件、能源、材料等领域的科学家和工程师，他们用跨界智慧为CHIEF的复杂系统提供了新的解法。

随着CHIEF核心设备的启用，18套自主研制的机载实验装置一并亮相。其中6台为国际首创，12台达到国际领先水平。它们犹如CHIEF的“十八般武艺”，为不同学科的探索提供支撑——造波造啸及重力流实验装置可以模拟20米高的海啸与海床相互作用，揭示海底灾变机理；深海高压温控实验装置能够真实再现天然气水合物开采过程，为能源开发提供关键数据；超重力振动台是国际上振动能力最强的同类设备，可揭示百米尺度复杂场地的地震灾变规律；超重力定向凝固熔铸炉为新材料研发开辟新途径，制备出更致密、更优质的合金材料；500公里/小时高铁路基动力效应装置则将为高速铁路建设提供科学验证。在高速运转的离心机中，多因素叠加作用，研究人员得以探索常规实验条件下无法触及的科学前沿。陈云敏形象地比喻：“就像让孙悟空在离心机里翻筋斗。”

CHIEF不仅是科学探索的工具，更是国家战略需求的支撑。防灾减灾、能源开发、城市建设、材料创新……这些急需突破的领域都能在“超重力场”中找到研究路径。教育部在加快CHIEF建设的同时，已发函支持组建“国家超重力场科学中心(筹)”。浙江大学也成立了超重力科学与技术研究院，汇聚多学科力量，共同推动交叉研究。《物理世界》评论称，CHIEF的建设使我国在超重力科学领域“一步跨入世界前列”。