奇聞事件獲悉，12月7日，中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期極深地下極低輻射本底前沿物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施(下稱錦屏大設(shè)施)土建公用工程完工，具備實(shí)驗(yàn)條件。這標(biāo)志著世界最深、最大的極深地下實(shí)驗(yàn)室正式投入科學(xué)運(yùn)行。首批來自清華大學(xué)、生態(tài)環(huán)境部、北師大、中國原子能研究院、上海交大、四川大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、工信部電子五所等單位的10個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組進(jìn)駐于此。

錦屏地下實(shí)驗(yàn)室位于四川涼山錦屏水電站錦屏山隧道中部地下2400米處，以錦屏山為天然平臺，以水電站深埋長隧洞為基礎(chǔ)，錦屏大設(shè)施是該實(shí)驗(yàn)室的二期項(xiàng)目。與國際上其他地下實(shí)驗(yàn)室相比，中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室?guī)r石覆蓋最深、宇宙線通量最小、輻射本底最低、可用空間最大，還具備交通便捷、電力及水源充足、基礎(chǔ)設(shè)施完備等優(yōu)勢。

巍峨錦屏山、磅礴大河灣，看似兩條平行線、毫不相干的水電工程與基礎(chǔ)科學(xué)在此意外結(jié)緣，誕生了追尋“宇宙幽靈”的絕佳場所。

水電站下有玄機(jī)

錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，要追溯到本世紀(jì)初。

雅礱江從青藏高原一路奔騰而下，在著名的錦屏大河灣河段，沿著錦屏山蜿蜒流淌，彎出了150公里的大河灣。大河灣直線距離只有17公里，天然落差達(dá)到300多米，蘊(yùn)藏了極其豐富的水能資源。

“大壩建此，得天獨(dú)厚。”中國水電泰斗、兩院院士潘家錚曾感嘆道。2003年，由國家開發(fā)投資集團(tuán)有限公司和四川省投資集團(tuán)有限責(zé)任公司共同出資，國投集團(tuán)控股的雅礱江流域水電開發(fā)有限公司(下稱雅礱江公司)，開始建設(shè)雅礱江上的兩座世界級水電站——錦屏水電工程(錦屏一級、錦屏二級)采用一級高壩、二級截彎取直引水聯(lián)合開發(fā)方案，總裝機(jī)840萬千瓦。

其中，錦屏二級水電站利用雅礱江150公里錦屏大河灣的天然落差，截彎取直開挖隧洞引水發(fā)電。世界最高壩錦屏一級水電站、世界最大規(guī)模長引水式水電站錦屏二級水電站在群山峽谷中遙相呼應(yīng)，被形象地稱為“雙子星”電站。

業(yè)內(nèi)有一句話叫做“三峽最大，錦屏最難”。錦屏水電站有三“最”：地質(zhì)條件最復(fù)雜、施工環(huán)境最惡劣、技術(shù)難度最大。連接兩座電站的錦屏山隧道長達(dá)17.5公里，垂直巖石覆蓋2400米，是國際上巖石覆蓋最厚的地下隧道。該隧道的建設(shè)極為不易，施工中多次遭遇高壓大流量突涌水，遭遇較大規(guī)模巖爆1200多次，被國內(nèi)外專家稱為地下工程施工中的“癌癥”。

在深地利用深厚的巖石覆蓋條件屏蔽各種宇宙射線的干擾，可為前沿物理科學(xué)研究提供理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。但彼時由于國內(nèi)沒有合適的深地實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件，清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國原子能科學(xué)研究院等從事前沿物理研究的高等院校、科研機(jī)構(gòu)只能租借國外實(shí)驗(yàn)室的場地開展相關(guān)科學(xué)研究，囿于租借的實(shí)驗(yàn)場地空間逼仄，且在使用時處處受制于人，各科研機(jī)構(gòu)在研究中幾乎無法取得實(shí)質(zhì)性成果。

在國內(nèi)建設(shè)屬于中國人的深地實(shí)驗(yàn)室的愿望也在他們心中逐步萌發(fā)并愈發(fā)強(qiáng)烈。問題是，建在哪?哪兒有這種合適的深地條件?

2008年8月8日，錦屏山隧道貫通。當(dāng)時苦苦尋找暗物質(zhì)研究場地的清華大學(xué)從新聞聯(lián)播的相關(guān)消息里敏銳意識到，這正是他們夢寐以求的建設(shè)前沿物理深地實(shí)驗(yàn)室的理想場所，于是立即與雅礱江公司取得聯(lián)系，希望利用錦屏山隧道建設(shè)深地實(shí)驗(yàn)室。

但這又是一個艱難的抉擇。

對于一家專注于清潔能源開發(fā)的中央企業(yè)而言，前沿基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與自身主業(yè)完全不相關(guān)，更像是一個“公益項(xiàng)目”。更重要的是，當(dāng)時隧道已經(jīng)建成，若在此基礎(chǔ)上擴(kuò)挖建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，稍有不慎，會再次引發(fā)巖爆、塌方，對原有隧洞造成巨大破壞，甚至對水電工程建設(shè)造成影響。現(xiàn)在再返回去在埋深最深、地應(yīng)力最高處繼續(xù)開挖實(shí)驗(yàn)室，會不會影響錦屏山隧道本身的洞室圍巖穩(wěn)定?會不會影響錦屏二級水電站引水發(fā)電洞室群的安全?

最終，雅礱江公司多方溝通、毅然支持國家基礎(chǔ)科研，與清華大學(xué)共同推動了實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的上馬。相比于美國杜塞爾地下實(shí)驗(yàn)室10年的計劃建設(shè)周期，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室一期僅用一年半時間就完成建設(shè)。

攻克“地下2400米”極限挑戰(zhàn)

2010年12月12日，中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室一期揭牌投運(yùn)，結(jié)束了我國沒有深地前沿物理實(shí)驗(yàn)室的歷史。

得益于超過2400米巖石覆蓋的有利條件，實(shí)驗(yàn)室能完美屏蔽各類宇宙射線，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)宇宙線通量僅為地表的一億分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外同類型實(shí)驗(yàn)室。清華大學(xué)CDEX實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)和上海交大PandaX實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)入駐后，在較短的時間內(nèi)使我國暗物質(zhì)直接測量實(shí)驗(yàn)從無到有，并迅速達(dá)到國際先進(jìn)研究水平。

2014年，清華大學(xué)與雅礱江公司規(guī)劃建設(shè)實(shí)驗(yàn)室二期項(xiàng)目，將地下可用實(shí)驗(yàn)空間由原來的4000立方米增加到33萬立方米。在二期工程基礎(chǔ)上，雙方提出建設(shè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——錦屏大設(shè)施項(xiàng)目，并獲國家批復(fù)。

錦屏大設(shè)施相繼于2018年和2019年通過國家發(fā)改委和教育部的審核批復(fù)，于2020年12月20日正式開工建設(shè)。該項(xiàng)目也是國內(nèi)唯一一個校企共建的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。

實(shí)驗(yàn)室主任、北京師范大學(xué)黨委書記程建平表示，錦屏大設(shè)施作為粒子物理和核物理領(lǐng)域的“國之重器”，為暗物質(zhì)、中微子、核天體物理等前沿物理科學(xué)研究提供了極低輻射本底實(shí)驗(yàn)條件。作為開放共享的大科學(xué)裝置，錦屏大設(shè)施也為深地巖體力學(xué)、深地醫(yī)學(xué)等深地科學(xué)提供了絕佳的研究平臺。

截至目前，實(shí)驗(yàn)室已有10個實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)入駐，覆蓋暗物質(zhì)探測、中微子研究、核天體物理、深地醫(yī)學(xué)、深地巖石力學(xué)、微弱力測量等多個學(xué)科門類，突破性成果不斷涌現(xiàn)。

深地實(shí)驗(yàn)設(shè)施項(xiàng)目對科學(xué)實(shí)驗(yàn)是優(yōu)勢，對工程建設(shè)卻是挑戰(zhàn)。在地下2400米，錦屏山厚實(shí)的大理巖能隔絕大部分宇宙輻射，但巖體卻會產(chǎn)生具有放射性的“氡氣”，影響到實(shí)驗(yàn)精度。與此同時，錦屏大設(shè)施建設(shè)使用的建筑材料及機(jī)電設(shè)備同樣會引入新的放射性源頭，必須嚴(yán)格控制。地下洞室空間有限、環(huán)境復(fù)雜，也進(jìn)一步增加了工程建設(shè)難度。

該項(xiàng)目施工中，創(chuàng)新使用10層材料，在10萬平方米的洞室表面層層設(shè)防，屏蔽巖石產(chǎn)生的水和氡氣，氡氣抑制率達(dá)99%。為實(shí)現(xiàn)更低的輻射本底要求，所有設(shè)備、材料均為定制，并成功研發(fā)生產(chǎn)出低輻射水泥、金剛砂、巖棉及一批低輻射機(jī)電設(shè)備，均為國際首創(chuàng)，最大限度控制實(shí)驗(yàn)室輻射本底，打造最“純凈”實(shí)驗(yàn)環(huán)境。