你现在的位置: 新闻中心 > 浙江 >

深度丨浙江首个国家重大科技基础设施为我们带来什么

来源: 浙江在线 |2018-02-01 09:34:44|
0

CHIEF项目效果图

  记者从浙江大学获悉,浙大牵头申报的超重力离心模拟与实验装置国家重大科技基础设施(英文缩写CHIEF)日前获国家发改委批复同意建设,意味着我省“国字号”重大科技基础设施迎来零的突破。

  CHIEF项目选址在杭州未来科技城,与浙江大学紫金港校区直线距离8公里,建设周期为5年。省政府提供建设用地100亩、配套建设经费2.5亿元,以及1.45亿元用于项目预研和人才队伍建设等,教育部和浙江大学配套建设超重力研究大楼。项目建成后将秉持“开放共享”原则,实行实验机时开放共享、数据共享、超重力知识和技术共享。

  国家重大科技基础设施是提升人类探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革能力的大型复杂科学研究装置或系统,它面向国际科技发展前沿,聚焦我国经济社会发展和国家安全战略性、瓶颈性科技难题。近年来备受瞩目的“天眼”射电望远镜(FAST)、上海光源、“人造太阳”托卡马克核聚变研究装置等均属于国家重大科技基础设施。

  长期以来,缺少国家重大科技基础设施是浙江创新发展的一个突出短板。省十四次党代会指出要大力推进科创大平台建设。“谋划建设若干国内顶尖、世界一流的重大科学装置”写入今年政府工作报告。

  浙江迎来的首个国家重大科技基础设施长什么样?它将如何运转、发挥哪些作用?国之重器的落户,对浙江意味着什么?记者日前采访了项目首席科学家中国科学院院士、浙江大学建筑工程学院陈云敏教授。

CHIEF部分装置效果图

  一眼“千里”、一眼“万年”

  超重力离心机是一种革命性的工程工具,能够利用超重力的神奇效应——压缩时空,并加速不同密度物质之间的相对运动。这样就可以在有限的时空内,以人为手段精确模拟广袤的大自然在漫长的时光中发生的巨变。

  首台超重力离心机1931年在美国建成,世界上许多发达国家和高水平研究机构随后竞相投入建设超重力实验装置,机载装置应用领域不断拓宽,实验环境越来越极端,产生了大量创新成果。目前世界上容量最大的美国陆军工程师兵团离心机容量已达1200重力加速度?吨。浙大在超重力研究方面有着深厚基础,2010年建成了容量400重力加速度?吨、最大150倍重力加速度的超重力离心机与机载装置,在岩土体地震液化、固体废弃物填埋场环境灾害防控方面开展了大量实验,已取得一系列国际先进的科研成果。

  陈云敏说,目前着手建设的CHIEF主体部分由两台离心机和6座超重力实验舱构成,建成后,离心机容量超过1500重力加速度?吨,最大离心速度达1500倍重力加速度,最大负载超过30吨,将成为容量最大、应用范围最广的综合超重力多学科实验平台。其搭载的20中个实验装置中,有6个为世界首创。

  我们日常在地球上感受到的重力场为常重力场,而坐过山车、或是坐在一辆加速性能极佳的跑车上、或是宇航员搭乘航天器发射升空时,都能感受到超重力场。在实验室中如何营造超重力场以应用超重力效应?陈云敏介绍,超重力离心机就像一个天平,伸出长长的转臂,当两臂高速旋转,在实验舱内就会产生超重力场。转速越快,超重力场就越强。转臂半径越大,超重力场就越均匀。

  有了强大的超重力离心机,科学家就可以把振动台、高压反应釜、高温熔铸炉等实验装置放上去工作。本设施设计的6座超重力实验舱,将分别开展边坡与高坝、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6个领域的科学研究。超重力效应赋予人们一眼“千里”、一眼“万年”的实验能力,使研究许多高难度课题成为可能。

  CHIEF建成后,将满足边坡千米级失稳-流滑,300米尺度场地高烈度地震灾变,2000米水深天然气水合物安全开采、核素万年迁移击穿屏障、岩石圈大时空构造变形、千种材料成分制备等方向的实验需求。

CHIEF项目瞄准岩土工程防震防灾等国家重大需求。

  瞄准国家重大需求

  岩土工程防灾减灾、深海深地资源开发、能源储备与废弃物地下处置、地球深部过程揭示、新材料制备和表征……“CHIEF瞄准的这些领域,均属国家重大需求,背后又蕴藏着亟待探知的科学问题。”陈云敏说。

  我国是滑坡等地质灾害最严重的国家之一。我国大坝数量和高度居世界之首,一旦溃坝将造成灾难性后果。边坡与高坝的防灾减灾,急需科学家来揭示300米级的高坝溃决和边坡失稳、滑动和流滑机理。我国还是世界上地震灾害最严重的国家之一,发展高性能的抗震设计方法,关键的科学难题在于探索复杂场地的地震规律和岩土体致灾效应。

  2017年,我国在南海成功试采深海天然气水合物。但要实现商业化开采,急需攻克千米级深海地层水合物相变多场相互作用机制及灾变效应的科学难题。我国的资源勘探正在向千米级深地进军,对于百万年、数百公里的地质构造和成岩成矿过程规律的研究,将为我们寻找合适的矿产资源提供精准指导。

  我国将在2020年建成北山核废料地下处置实验室。以此为代表的一系列深地工程,前期急需了解污染物在地下环境中千米尺度、万年历时迁移的规律。

  新材料研发是高端制造业的基础,合金材料的高通量制备及优化筛选,将是我们研发战略性新型材料的重要路径。

  陈云敏表示,上述这些国家战略性领域重要课题,其共性的科学问题是多相介质物质大时空尺度运移和灾变机制,而这正是CHIEF的研究“特长”。

  如在边坡与高坝实验舱,启动极端气候与环境模拟装置,可以模拟暴雨,52分钟实现一年四季湿度变化,像2013年云南镇雄气候环境作用下的大型滑坡这样的事件就可得到再现。岩土地震工程实验舱里的三向振动台能同时在3个方向进行振动,能模拟出汶川地震中的抛射效应、蹦床效应,推动近场地震动研究的发展。深海工程实验舱里的“油气开采平台”将接受大风大浪和海啸的考验,能研究钻井平台等海洋工程设施遇到的破坏机制。地质过程实验舱能够模拟百公里岩石圈历时上百万年的地质过程,再现青藏高原的隆起过程。

CHIEF选址杭州未来科技城,与浙江大学紫金港校区直线距离8公里

  补齐基础研究短板

  瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破——党的十九大对加快建设创新型国家提出了明确要求。环视长三角地区,就有上海张江、安徽合肥两个综合性国家科学中心,国家大科学装置密集,汇聚了一批中国最顶尖的研发机构和研究团队,有一些领域代表了全球一流水平。抓住科技革命的机遇,依靠原始创新引领技术变革和产业发展——这是许多经济发达地区正在践行的发展战略。

  不创新不行,创新慢了也不行。要让创新真正成为浙江发展最鲜明的时代特色。正是明确意识到这一点,我省对争取首个国家重大科技基础设施落户高度重视,积极支持。

  CHIEF项目的合作单位包括中国科学院物理研究所、中国工程物理研究院总体工程研究所等。陈云敏介绍,建成后,40%的机时数目将用于基础研究用户,15%用于国际用户,如美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟校区的高铁路基移动荷载效应研究,20%用于产业部门及企业用户,其余25%用于浙江大学的各学科用户。项目还将开展国际平行试验,发布超重力基准试验,共享重大工程超重力试验数据,并创建多学科科普平台,面向社会公众开放和提供技术培训。