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世界最深实验室
http://www.100md.com 2011年2月1日 百科知识 2011年第3期
     在电影《2012》里,印度科学家在距离地面1万米深的地下实验室工作,最先发现地球毁灭征兆。虽然这是部灾难片,1万米深的地下实验室尚不存在,但许多国家已建有深度上千米的地下实验室。去年12月12日,我国首个极深地下实验室一“锦屏实验室”投入使用。它垂直岩石覆盖达2400米,成为世界上岩石覆盖最深的实验室。

    为什么要建地下实验室?

    地下科学实验室位于地下深处,它能够在很大程度上免受宇宙射线影响,因而是进行暗物质探测实验的最理想的场所。宇宙中看不见的物质在数量上要远远超过我们能够看到的。科学家认为宇宙的大部分都是由暗物质组成,只不过现有的科技手段还无法直接检测到暗物质。让不少人难以理解的是,暗物质在宇宙中,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,要打造一个最理想的实验环境,就要尽量遮蔽住宇宙射线,而用岩石阻挡是好办法。锦屏隧洞最大埋深达2400米左右,实验室设立其中,就相当于将实验室设在地下2400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。
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    世界最深实验室什么样?

    在建设二滩水电站过程中,四川锦屏山底曾修建了18千米可以通行汽车的隧道,上面是两千多米厚的山体岩石。这里成为研究所成立后首个实验的开展地,专门“搜捕”暗物质。该实验室利用的是当地建水电站时修的地下隧道,在其侧面开挖长40米,宽、高各为6米的空间,因而与国外一些“脱胎”于矿井的地下实验室相比,使用更为便利,不必坐着电梯上上下下,乘坐汽车就能“入地”。

    从地面上开车大概20分钟,就能到达地下实验室。工作人员戴上安全帽、穿着硬底鞋,进入实验室,入眼是各种仪器设备。那里四季恒温,冬暖夏凉,不需要用空调。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,进去久了也容易让人搞不清外界是白天还是黑夜。地下实验室的通风设备很好,丝毫不会感到气闷,人在下面呆个半天,不会有任何异样的感觉。一旦仪器运行稳定后,工作人员只需在地面上的办公室监控探测器运行即可,而地下实验室的所有数据也会传送至地面,因而,科研人员无需24小时“守”着探测器。
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    这是世界上最深、最“干净”的地下实验室。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”,工作人员还对环境进行了特殊的包装。实验室外层是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;20厘米厚的含硼聚乙烯,用于吸收剩余的中子;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伽马射线。这些屏蔽设备几乎屏蔽掉了能够想到的一切辐射源,最里面才为“捕捉”暗物质的精密仪器——高纯锗探测器的工作空间。

    高纯锗探测器,即捕捉暗物质的“网”,是深藏在多层屏蔽体内的黄色金属立方体,由纯度高达99.9999999999%(简称12个9)的高纯锗晶体制成,是目前人类可以得到的纯度最高的晶体材料。据介绍,经过层层屏蔽后,如果通过高纯锗探测器能够探测到未知的粒子,可以通过实验装置反映在相连的测量装置上,通过对不同的波形反馈的分析,以获取未知粒子的各种测量参数,从而可能发现暗物质中的一种。世界各国的地下实验室

, 百拇医药     世界上最早的地下实验室严格说只是个“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,在废弃矿井里开辟出一个实验室。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、日本等国家已建立起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3000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1400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。日本于去年10月在岐阜县飞鳍市神冈矿山的矿井下,建设了XMASS地下实验室。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。

    相关链接

    最极端的实验室
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    最高:这也许是你在尼泊尔攀登喜马拉雅山看到的最后一座建筑物,位于海拔5050米处外观呈金字塔形的实验室。它隶属于意大利EvK2-CNR委员会,负责推动山岳环境研究,自1990年建立以来已经承担了550多项研究任务,同时致力于保护高海拔地区脆弱的生态环境。

    风最大:纽约布法罗大学的LENS-X风洞在气流研究方面可算是权威设施。该风洞长30多米,宽2.5米,仅仅“吹”千分之二秒便可产生18米的气流。这里的任务是创造出30马赫的风速,相当于音速的30倍。

    最耐压:位于美国佛罗里达州基拉戈的“宝瓶座”海底实验室,致力于水下研究,可同时容纳6名科研人员生活长达两周时间。尽管处在20米深的地方,但其工作平台所受压力却是海平面压力的2.5倍。

    责任编辑 蒲晖, 百拇医药(龙学锋)