钻进地下做实验

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  在电影《2012》里,印度科学家工作的1万米深的地下实验室给我们留下了深刻印象,地球毁灭的征兆就是最先在那里被发现的。然而电影毕竟不是现实,目前,1万米深的地下实验室尚不存在,但许多国家都已建有深达上千米的地下实验室。
  2010年12月12日,作为中国首个极深地下实验室,中国锦屏实验室在四川雅砻江锦屏水电站正式投入使用,标志着中国已经拥有开展物理学重大基础前沿科学研究的自主地下实验平台。
  
  为什么要建地下实验室?
  地下科学实验室位于地下深处,能够在很大程度上免受宇宙射线影响,是进行暗物质探测实验最理想的场所。科学家认为,宇宙大部分由暗物质组成,只不过现有的科技手段还无法直接检测到暗物质。让人难以理解的是,暗物质存在于宇宙中,科学家为啥要“钻”到地下去探测呢?这是因为世界上最难挡住的就是宇宙射线,要打造最理想的实验环境,就要尽量屏蔽宇宙射线,而用岩石阻挡是个好办法。
  锦屏实验室的垂直岩石覆盖达2 400米,是世界上岩石覆盖最深的实验室。相当于将实验室设在地下2 400多米深的地方,能将宇宙射线通量降到地面水平的约亿分之一。
  
  世界最深实验室什么样?
  在建设二滩水电站的过程中,四川锦屏山底曾修建了18千米可供汽车通行的隧道,上面是两千多米厚的山体岩石。锦屏实验室就是利用这个地下隧道,在其侧面开挖长40米,宽、高各6米的空间而建成的。与国外一些“脱胎”于矿井的地下实验室相比,锦屏实验室更为便利,不必坐着电梯上上下下,乘坐汽车就能“入地”。
  从地面开车大概20分钟,就能到达地下实验室。戴着安全帽、穿着硬底鞋进入实验室,入眼的是各种仪器设备。那里四季恒温,冬暖夏凉,不需要空调。唯一与地面实验室不同的是,那里没有窗户,刮风下雨丝毫感觉不到,进去久了容易搞不清外界是白天还是黑夜。地下实验室的通风很好,丝毫不会感到气闷,人待在下面不会有任何异样的感觉。仪器运行稳定后,工作人员只须在地面上的办公室里监控即可,无须24小时驻守。
  锦屏地下实验室是目前世界上最深、最“干净”的实验室。所谓最“干净”,是指辐射最少、杂质最少。而为了让实验室变得更“干净”,工作人员还对其进行了特殊的包装。实验室最外层是1米厚的聚乙烯材料,用于阻拦和吸引中子;然后是20厘米厚的铅层,用于屏蔽外部的伽马射线;再然后是20厘米厚的含硼聚乙烯,用于吸收剩余的中子;最后是10厘米厚的高纯无氧铜,用于阻挡铅材料及外部其他材料中的伽马射线。这些屏蔽手段几乎屏蔽掉了能够想到的一切辐射源,为“捕捉”暗物质提供了理想的工作空间。
  世界各国的地下实验室
  世界上最早的地下实验室严格地说只是个“临时设施”。1966年,美国科学家戴维斯为验证太阳中微子的存在,绞尽脑汁寻找屏蔽宇宙射线的实验场所,最终他来到南达科他州的一座金矿,在废弃的矿井里开辟了一个实验室。戴维斯通过这种方法验证了太阳中微子的存在,并于2002年获得诺贝尔物理学奖。
  目前,美国、英国、法国、意大利、加拿大、日本等国已建立起10多个极深地下实验室。美国南达科他州的地下实验室正在不断扩建,由于出现积水问题曾一度停工,但最终目标是建成超过3 000米深的世界第一深实验室。而研究课题最多、规模最大的是意大利格朗萨索国家地下实验室,该实验室深度为1 400米,总容积18万立方米,目前有20多个国家的750多名科学家围绕这个实验室工作。各国积极兴建极深地下实验室的目的,就是希望能够成为最早发现暗物质的国家。
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