四川凉山，雅砻江河谷深切，锦屏山苍翠陡峻。这里拥有两座世界级水电站，建有全球埋深最大的水工隧道群。中国锦屏地下实验室二期极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施（

　　锦屏大设施拥有多个“世界之最”。与地下实验室相比，它埋深“最深”，深度相当于800层楼的高度；容积“最大”，为33万立方米，是世界第二大地下实验室意大利格兰萨索国家实验室的1.8倍；辐射本底最低、宇宙线通量最小，具备“极低环境氡析出”“极低环境辐射”“超低宇宙线通量”“超洁净空间”等多种优势。

　　我国为什么要建设极深地下实验室，这座世界最深最大的地下实验室，是怎样与世界级水电站结缘的？建设者们克服了哪些困难创造出一个个工程奇迹？建设中途就有实验项目组进驻，怎样保障工程建设与科研实验两不误？这里正在争分夺秒进行的是哪些重点实验项目……记者近日就此采访了有关专家和相关负责人。

　　锦屏大设施内部共有A、B、C、D4个大厅，每个大厅又分成2个小厅。其中，B2实验厅是暗物质探测实验中心，C1实验厅是清华大学暗物质探测实验中心。

　　春节期间，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组、牵头的PandaX合作组等科研团队在此值守，分秒必争推进暗物质研究。

　　什么是暗物质？通俗地讲，就是既不发射光，也不吸收和反射光的物质。根据天文观测数据和研究结果，科学家认为暗物质及暗能量约占宇宙总质量的95%，分布在宇宙的各个角落。

　　“科学家们相信，如此巨大的宇宙物质质量，必定在物质起源和宇宙演化过程中具有重要作用。”锦屏大设施有关负责人说，研究和理解暗物质的本质，将会影响和改变人类对于宇宙的认识。

　　暗物质无法被看见，它和普通物质的相互作用极其微弱，能测到的信号非常少，极难捕捉，被称为“宇宙之谜”。目前，人类还没有探测到暗物质。谁先捕捉到它，谁就能在前沿物理研究上抢占先机。

　　暗物质寻找、中微子测量等是稀有事例实验，需要极低辐射的实验条件。没有合适的实验室，就无法开展研究工作。锦屏大设施有关负责人解释：“地面上充斥的各种辐射会干扰信号的测量，如果实验环境中辐射多，就需耗费大量时间处理这些无用的信号，延误实验结果的获得。就像是在一个非常嘈杂的足球场找一根针掉到地上的声音，非常困难。”

　　深厚的岩体可屏蔽宇宙线带来的“噪音”。地下实验室特别是垂直岩石覆盖厚度超过2000米的极深地下实验室，能为前沿物理研究提供低辐射研究平台。

　　在中国锦屏地下实验室建成之前，国内科研院所大多只能租用国外的实验室进行暗物质与深地科学研究。我国何时能拥有自己的地下实验平台？

　　2008年8月8日，连接两座世界级水电站——锦屏一级水电站、锦屏二级水电站的锦屏山隧道贯通。隧道长达17.5公里，最大埋深2525米，垂直岩石覆盖2400米，是国际上岩石覆盖最厚的地下隧道。

　　这不就是梦寐以求的暗物质研究场所吗？关注到新闻报道，清华大学迅速与建设水电站的国投集团雅砻江流域水电开发有限公司联系，商议共同建设深地实验室。

　　隧道已建成，在此基础上扩挖建设实验室，稍有不慎，会引发岩爆、塌方，对原有隧洞造成巨大破坏，甚至影响水电工程。风险与挑战之下，经科学论证、精心施工，2010年12月，我国首个、世界最深的地下实验室——中国锦屏地下实验室（一期）建成投运。

　　“由此，我国暗物质直接探测实验从无到有，加速前进。”锦屏大设施有关负责人说，“从2013年清华大学发布我国第一个暗物质直接探测实验成果开始，我国两个暗物质研究团队就不断发表世界领先的研究成果，助力我国暗物质研究实现从跟跑、并跑到领跑的巨大跨越。”

　　2014年，清华大学与雅砻江公司规划建设实验室二期项目，将地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到33万立方米。后来，锦屏大设施项目获得国家批复，2020年12月正式开工建设。

　　“作为粒子物理和核物理领域的‘国之重器’、开放共享的大科学装置，锦屏大设施为暗物质、中微子、核天体物理等前沿物理科学研究提供了极低辐射本底实验条件，也为深地岩体力学、深地医学等深地科学提供了绝佳研究平台。”中国锦屏地下实验室主任、北京师范大学程建平说，未来，实验室将成为多学科交叉的世界级深地科学研究中心，对我国探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革、推动科技创新，具有重要意义。

　　虽处2400米厚的岩体之下，锦屏大设施却并不阴暗逼仄，而是明亮宽敞、通风良好。科研人员说，这里四季恒温、冬暖夏凉，光纤、网络一应俱全，具有安全、便捷、舒适的工作生活条件。

　　“在地下2400米扩挖实验空间，首先面临岩爆、高压大流量突涌水等一系列难题。”雅砻江公司锦屏地下实验室管理局局长李名川介绍，这些难题被国内外专家称为地下工程施工中的“癌症”。

　　地应力越高，岩爆风险越大。实验室区域最大地应力113兆帕，相当于马里亚纳海沟那样深的水压力作用在山体岩石上。李名川介绍，实验室开挖期间，曾发生1次极强岩爆、1次强烈岩爆、多次中等及轻微岩爆。

　　极强岩爆有多恐怖？锦屏山隧道开挖时发生的极强岩爆，能将上千立方米的岩石抛射出去。高压大流量突涌水同样可怕，从岩体裂隙中喷出的水最大流量可达每秒7.3立方米，5分钟就能灌满一个标准游泳池。

　　“为应对挑战，锦屏大设施项目各方采取了微震监测和解除应力爆破系列技术，最终安全完成洞室扩挖。”李名川说。

　　洞室扩挖只是第一步。要建成全球辐射本底最低的实验室，建设者们还面临多重挑战。这是因为，深地实验室的辐射本底不仅有来自太空的宇宙射线，还有深地环境条件自身产生的本底。

　　氡，一种放射性元素，广泛赋存在地球表面的岩石、土壤、地表水和大气中，是深地实验室空间最主要的辐射本底来源之一。深地实验室洞室岩体中的氡不断释放，不仅会影响实验精度，还属于一类致癌物，必须彻底防治。

　　为将氡和水隔绝在实验空间之外，锦屏大设施在国际上首创了洞室表层防水抑氡结构。建设人员在11万平方米的洞室表面用10层材料层层设防，做了一个厚度约10厘米的结构，就像裹了一层不透水并具有气密性的鸡蛋壳，氡气抑制率高达99%。

　　这“鸡蛋壳”为何看上去凹凸不平？中建三局锦屏大设施二标项目经理王伟介绍，做平整要用更多建材，会导致实验空间辐射值增加。为降低辐射值，设计选择保留洞室原始曲面，尽量少用建材。

　　锦屏大设施所有设备、材料均为定制。锦屏大设施建设初期，因市面没有辐射本底满足要求的水泥而一度停工。为此，雅砻江公司设立低本底水泥研发专项课题，会同科研单位和水泥厂家集体攻关，成功研发生产出了低辐射水泥。

　　边研发，边建设。锦屏大设施建设过程中，类似通过专项研发或定制措施实现国际首创的，还有低辐射金刚砂、岩棉、防火板等新型材料，以及一批低辐射材质的机电设备，最大限度控制了实验室辐射本底。

　　实验室处于2400米地下，沿交通隧道到山外的距离超过9000米。如果没有新风补给，氡会不断在实验空间富集。在偌大的锦屏大设施内，要满足科学实验和科研人员的需要，需风量一般为每小时2.4万立方米，峰值为每小时4.5万立方米。距地表这么远，巨量新风从何而来？

　　经多次论证，风管布置在与锦屏山隧道几乎平行的锦屏山排水洞内。新风系统建成投运后，源源不断的低含氡量地表新风，经过9000米的新风管道及锦屏大设施内部超1500米的送风管道，送达各个实验洞室。这是全球距离最长的地下实验室新风供风系统。

　　攻克一系列关键技术，解决地下实验空间环境辐准控制等重重难题，锦屏大设施接连拿下十余项世界第一，在极深地下创造了一个个工程奇迹，建成了世界“最纯净”的深地实验室。2023年12月7日，随着土建公用工程完工，锦屏大设施正式投入科行。

　　实际上，建设过程中便有科研团队陆续进驻，我国两个暗物质研究团队更是早已入驻。清华大学CDEX合作组采用高纯锗探测器在较低能区寻找暗物质，PandaX合作组则采用液氙探测器在中高能区寻找暗物质。

　　“国际竞争太激烈，各国都在你追我赶地刷新暗物质粒子的存在范围。早一天进驻开展实验，就能早一天发现暗物质。”PandaX合作组研究员肖翔说。

　　一边是如火如荼的施工现场，一墙之隔的另一边则是正在进行的科学实验。建设者们如何保障科学实验零中断？

　　工程建设、科研实验两不误，离不开科学统筹、创新施工。项目建设者们不断优化设计施工，提前协调解决可能存在的各类交叉干扰问题。为实现超高难度施工要求，建设者们还进行了很多创新，分区域、分阶段、封闭施工，根据科研实验需要调整施工作业时间。

　　“建设者像雕花一样，以保护古建筑物的标准精心组织施工。他们采用小孔距、多梯段、小药量等综合措施，严控爆破振动，减少对科学实验的干扰。”李名川介绍。

　　“我们安放了振动监测仪器，数据表明，爆破振动对我们的科学实验仪器没有产生影响。工程施工期间，我们液氙暗物质探测实验取得了多项国际领先科研成果。”肖翔说。

　　占得先机，成果频出。锦屏大设施有关负责人说：“2022年以来，我国两个暗物质研究团队先后发表了一系列国际领先的实验结果。目前，我们正在锦屏大设施建设吨量级暗物质实验系统，为下一阶段开展更大规模的暗物质实验积极工作。”

　　锦屏大设施内部4个大厅通过2100吨钢结构分割成大小不一的空间，宛如一个“小区”。在这个现实版的“地下城”内，能容纳更多的实验团队和实验项目。

　　首批进驻的10个实验项目组分别来自清华大学、生态环境部、北师大、中国原子能科学研究院、、四川大学、中国科学院大学、工信部电子五所等单位，他们在此开展粒子物理、核天体物理、生命科学等前沿基础研究。

　　A1实验厅，中国原子能科学研究院核天体物理实验中心。2021年，中国原子能科学研究院在这里建成全球最强流深地加速器，短短4个月的实验就取得了国际领先的成果。未来这里将建立3.5MV强流高稳定性深地核物理实验平台，打造世界上最先进的深地核天体物理实验室。

　　B1实验厅，清华大学超纯材料生长中心。锗是目前人类可以提纯到最纯的晶体，一旦我国在实验室实现了高纯锗提纯工艺，就可以大大降低成本，建造更大的高纯锗探测器，助力暗物质研究。

　　C2实验厅，极低辐射本底检测平台，建有全世界最大的聚乙烯屏蔽舱。在这里，可以很灵敏地测量各类物体极其微弱的放射性。

　　依托锦屏大设施，各实验团队不断涌现高质量科研成果。据不完全统计，目前已累计发表高水平论文120多篇，一项成果获教育部2022年自然科学一等奖。培养出一大批杰出人才，其中有6名国家杰出青年科学基金获得者、4名国家优秀青年基金获得者、1名“新基石研究员”。

　　在这个被物理学家誉为“世界上最安静”的实验室，科研人员正全力攻关，为我国早日产出重大原创性科研成果，应对深地科学国际科技竞争、实现高水平科技自立自强注入强劲动力。（作者：初英杰）

　　四川凉山，雅砻江河谷深切，锦屏山苍翠陡峻。这里拥有两座世界级水电站，建有全球埋深最大的水工隧道群。中国锦屏地下实验室二期极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施（CJPL，简称“锦屏大设施”），就位于锦屏水电站锦屏山隧道中部埋深2400米处。

　　锦屏大设施拥有多个“世界之最”。与地下实验室相比，它埋深“最深”，深度相当于800层楼的高度；容积“最大”，为33万立方米，是世界第二大地下实验室意大利格兰萨索国家实验室的1.8倍；辐射本底最低、宇宙线通量最。