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未来科技城又将落户一个世界之最!由浙大牵头打造超重力离心机(CHIEF),获国家发改委正式批复。

2018年02月01日 10:40来源:浙江在线作者:未来编辑:科技城

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    近日,国家发改委正式批复到:由浙江大学牵头建设的超重力离心模拟与实验装置国家重大科技基础设施(CHIEF),项目将落户杭州未来科技城,这是在浙江省建设的首个国家级重大科技基础设施项目。

    这则消息背后,展示给我们的是5年后,杭州会出现两台(一组)大家伙,它们占地89亩,和9个标准足球场差不多大,总投入将超过20亿元人民币;它的学名叫超重力离心机,简称“CHIEF”。

    CHIEF装置建成后,将成为全世界容量最大、应用范围最广的综合超重力多学科实验平台。

    “CHIEF”主要功能:

    压缩时空,瞬息万年

    CHIEF项目首席科学家——中国科学院院士、浙江大学建筑工程学院教授陈云敏带我们去看了一个现有的超重力离心机,它藏在浙大建工实验大厅的地底下,是一个离心加速度达到150倍重力加速度的超重力离心机。不过,和未来的CHIEF相比,它可能是迷你版了。

    CHIEF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。

    两台主机,一台为“高负载低加速度离心机”,有效回转半径10米——也就是一条手臂就有10米长,可搭载16台实验装置;

    另一台是“低负载高加速度离心机”,有效回转半径4.2米,可搭载4台实验装置。

    “CHIEF”的原理,源自在地球重力场的作用下,不同密度的物质之间发生着相对运动。比如,在重力的驱动下,比较重的铁和铁合金逐渐运移到地球深部核心,而石英、橄榄石等较轻的岩土体和矿物则逐渐运移到地球表层。越往深处,岩土体的密度增大,承重能力也逐步增加。

    如果重力强度发生变化,会产生很多神奇的效应。举个例子,科学家想知道100米高的大坝的失稳性状,只需要造一米高的模型,加上100倍重力加速度的超重力,就能模拟实际效果。

    其次,超重力场增大了不同物质之间相对运动的驱动力,从而产生缩时作用。比如超重力场下的爆气试验,增大了气泡的运动速度,加速了相分离。

    陈云敏介绍,建成后的CHIEF,将构建瞬态到万年时间尺度、从原子级到千米级空间尺度、从常温常压到高温高压等多相介质物质运动的实验环境,具备单次实验再现岩土体千米尺度演变与灾变、污染物万年历时迁移、获取千种材料成分的实验能力。

    “该设施建成后可为深海深地资源开发、防灾减灾、废弃物地下处置、新材料制备等领域的研究提供有力支撑。”陈云敏介绍。目前实验舱所搭载的20多个实验装置中,有6个为世界首创,

    简单地说,超重力离心机的特异功能就是:压缩时空,瞬息万年。

    边建设边探索

    科学家表示要对得起良心

    在CHIEF项目中,中国科学院院士、浙江大学学术委员会主任、材料科学家张泽的角色是材料制备实验舱的负责人。

    陈云敏和张泽是浙大两位出了名的幽默院士,在一起可以说相声。

    在介绍了CHIEF团队的科学家后,陈云敏说:“张泽院士经常说我操劳,你着什么急呢。呵呵,我是学土木工程的,比如我造大楼,不能造着试试、倒了就倒了,这是工程和科学的区别。科学是探索。我们做工程是必须要做好。”

    陈云敏的操劳来自现实情况,“目前,超重力设施的科学目标和工程目标已经明确,预算是20亿左右,国家投入如此巨资,如果失败,科学家良心上过不去。”他说,“大科学装置的要求是技术成熟、国际领先,从某种程度上说,这两个要求存在着一定矛盾,凡是科学前沿的东西,都是未知和不成熟的,这就给我们带来非常大的挑战。”

    目前对CHIEF团队来说,最重要的是关键技术的凝练,它是这个项目能否成功的关键。

    “我们一共凝练了54项关键技术,接下来要一项一项要进行可行性论证,邀请最好的专家前来论证。”

    但是,即使专家认为这个是可以实现的,也不能百分百保证实现,因为相关的实验在常重力下实现,可放在1500倍重力加速度下会表现如何,谁也不知道。

    CHIEF一共有六座实验舱,既有高新技术、高新材料方面的研究,也有非常基础性的重大的科学探索。

    “比如说我们有一个设计方案,关于南海的可燃冰开采,这个方案不能直接到海上去做实验,那样做代价是非常高的。”

    所以CHIEF的使命就是进行重大工程的设计、研究和验证。“我们前面四个舱,边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程主要是围绕着我们国家的重大工程,设计是围绕着我们国家建设的工程难题和需求来的。”陈云敏说,“比如说大坝,我国的坝是世界上最高的,那我们就要重现大坝在极端情况下的溃决。300米级的高坝,它会受到哪些因素影响?它为什么会溃决?那研究清楚了就会提出相应的应对技术。”

 

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