壓縮時空 瞬息萬年？超重力離心機到底有多神奇

陳雲敏教授（左一）帶記者參觀現在浙大的“小號離心機”。（盧紹慶 攝）

記者日前了解到，國家發改委正式批復：浙江大學將牽頭建設超重力離心模擬與實驗裝置國家重大科技基礎設施，項目選址杭州未來科技城，這是在浙江省建設的首個國家重大科技基礎設施項目。

這則消息背后，是這樣一出大戲：5年后，杭州會出現兩台（一組）大家伙，它們佔地89畝，和9個標准足球場差不多大，總投入將超過20億元人民幣﹔它的學名叫超重力離心機，簡稱“CHIEF”，正好是“首領”的英文。

CHIEF裝置建成后，將成為全世界容量最大、應用范圍最廣的綜合超重力多學科實驗平台。

“首領”主要功能：

壓縮時空，瞬息萬年

CHIEF項目首席科學家——中國科學院院士、浙江大學建筑工程學院教授陳雲敏帶我們去看了一個現有的超重力離心機，它藏在浙大建工實驗大廳的地底下，是一個離心加速度達到150倍重力加速度的超重力離心機。不過，和未來的CHIEF相比，它可能是迷你版了。

CHIEF離心機容量超過1500重力加速度·噸，最大離心速度達1500倍重力加速度，最大負載超過30噸。

兩台主機，一台為“高負載低加速度離心機”，有效回轉半徑10米——也就是一條手臂就有10米長，可搭載16台實驗裝置﹔

另一台是“低負載高加速度離心機”，有效回轉半徑4.2米，可搭載4台實驗裝置。

“首領”的原理，源自在地球重力場的作用下，不同密度的物質之間發生著相對運動。比如，在重力的驅動下，比較重的鐵和鐵合金逐漸運移到地球深部核心，而石英、橄欖石等較輕的岩土體和礦物則逐漸運移到地球表層。越往深處，岩土體的密度增大，承重能力也逐步增加。

如果重力強度發生變化，會產生很多神奇的效應。舉個例子，科學家想知道100米高的大壩的失穩性狀，隻需要造一米高的模型，加上100倍重力加速度的超重力，就能模擬實際效果。

其次，超重力場增大了不同物質之間相對運動的驅動力，從而產生縮時作用。比如超重力場下的爆氣試驗，增大了氣泡的運動速度，加速了相分離。

陳雲敏介紹，建成后的CHIEF，將構建瞬態到萬年時間尺度、從原子級到千米級空間尺度、從常溫常壓到高溫高壓等多相介質物質運動的實驗環境，具備單次實驗再現岩土體千米尺度演變與災變、污染物萬年歷時遷移、獲取千種材料成分的實驗能力。

“該設施建成后可為深海深地資源開發、防災減災、廢棄物地下處置、新材料制備等領域的研究提供有力支撐。”陳雲敏介紹。目前實驗艙所搭載的20多個實驗裝置中，有6個為世界首創，

簡單地說，超重力離心機的特異功能就是：壓縮時空，瞬息萬年。

邊建設邊探索

科學家表示要對得起良心

在CHIEF項目中，中國科學院院士、浙江大學學術委員會主任、材料科學家張澤的角色是材料制備實驗艙的負責人。

陳雲敏和張澤是浙大兩位出了名的幽默院士，在一起可以說相聲。

在介紹了CHIEF團隊的科學家后，陳雲敏說：“張澤院士經常說我操勞，你著什麼急呢。呵呵，我是學土木工程的，比如我造大樓，不能造著試試、倒了就倒了，這是工程和科學的區別。科學是探索。我們做工程是必須要做好。”

陳雲敏的操勞來自現實情況，“目前，超重力設施的科學目標和工程目標已經明確，預算是20億左右，國家投入如此巨資，如果失敗，科學家良心上過不去。”他說，“大科學裝置的要求是技術成熟、國際領先，從某種程度上說，這兩個要求存在著一定矛盾，凡是科學前沿的東西，都是未知和不成熟的，這就給我們帶來非常大的挑戰。”

目前對CHIEF團隊來說，最重要的是關鍵技術的凝練，它是這個項目能否成功的關鍵。

“我們一共凝練了54項關鍵技術，接下來要一項一項要進行可行性論証，邀請最好的專家前來論証。”

但是，即使專家認為這個是可以實現的，也不能百分百保証實現，因為相關的實驗在常重力下實現，可放在1500倍重力加速度下會表現如何，誰也不知道。

CHIEF一共有六座實驗艙，既有高新技術、高新材料方面的研究，也有非常基礎性的重大的科學探索。

“比如說我們有一個設計方案，關於南海的可燃冰開採，這個方案不能直接到海上去做實驗，那樣做代價是非常高的。”

所以CHIEF的使命就是進行重大工程的設計、研究和驗証。“我們前面四個艙，邊坡與高壩、岩土地震工程、深海工程、深地工程主要是圍繞著我們國家的重大工程，設計是圍繞著我們國家建設的工程難題和需求來的。”陳雲敏說，“比如說大壩，我國的壩是世界上最高的，那我們就要重現大壩在極端情況下的潰決。300米級的高壩，它會受到哪些因素影響？它為什麼會潰決？那研究清楚了就會提出相應的應對技術。”

鏈接

正負電子對撞機、天眼

都是國家重大科技基礎設施

國家重大科技基礎設施是提升人類探索未知世界、發現自然規律、實現科技變革能力的大型復雜科學研究裝置或系統，是推動國際科學和技術發展的國之重器。它面向國際科技發展前言，聚焦我國經濟社會發展和國家安全戰略性、瓶頸性科技難題，兼具科學研究與工程建設雙重屬性。

近年來，我國重大科技基礎設施建設取得顯著進展，北京正負電子對撞機、上海光源、天眼FAST射電望遠鏡等一批設施全球領先。

“十三五”期間，我國將啟動建設10個優先布局項目。浙江大學牽頭的超重力離心模擬與實驗裝置為其中之一。（通訊員 周煒 孫婧宜 記者 章咪佳）