◆本刊綜合

圖/圖蟲創(chuàng)意

“北斗”環(huán)繞、“嫦娥”奔月，千年飛天夢今朝實現(xiàn)；“蛟龍”探海、“奮斗者”創(chuàng)深潛萬米新紀(jì)錄，深?！袄鳌背銮鼠@天；搭配4.5 萬只“黃金眼”的中微子實驗裝置，探索微觀物質(zhì)世界的正負(fù)電子對撞機(jī)，各類大科學(xué)裝置孕育出眾多的科學(xué)奇跡……近年來，我國面向世界科技前沿，不斷強化頂層設(shè)計和系統(tǒng)布局，取得了一系列重大原創(chuàng)成果，建設(shè)了一批國之重器。這些成果的取得，離不開科學(xué)家們孜孜以求地開拓創(chuàng)新，也離不開國家實驗室體系的強大支撐。

國家實驗室作為大型綜合研究基地，是統(tǒng)籌高質(zhì)量發(fā)展和高水平安全的核心支撐，是優(yōu)化配置優(yōu)勢資源、助力“大國重器”研制并成為維護(hù)國家總體安全的“定海神針”。本期，我們將探訪我國前沿科技實驗室，領(lǐng)略酷炫的實驗現(xiàn)場，見證科技的創(chuàng)新步伐。

“幽靈粒子”的捕捉者：江門中微子實驗室

研究方向：研究中微子的大科學(xué)裝置，助力人類解開宇宙誕生之初的秘密。

地理位置：該實驗室地處江門市陽江、臺山兩處核電站的中間位置，能獲取雙倍的實驗樣本，是目前全球最適合開展中微子實驗的地方。地下700 米的山體和巖層相當(dāng)于地面宇宙射線的“過濾器”，能大幅降低宇宙射線的強度，獲取更純凈的中微子信號。

外形特征：裝置主體仿佛一個泡在冰水中的西瓜，看似“薄如蛋殼”卻極其堅固的有機(jī)玻璃球如同一顆“寶珠”，身披由低放射性不銹鋼組成的國內(nèi)最大單體的外網(wǎng)架，構(gòu)成了世界上能量精度最高、規(guī)模最大的液體閃爍體探測器。

獨門“技能”：由4.5 萬只光電倍增管組成的“探測器眼睛”可將中微子的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將其放大1000 萬倍，從而獲取到其能量、位置等信息，交由計算機(jī)分析處理。

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中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界最小的單元之一，隨著宇宙爆炸而誕生。中微子個頭小、不帶電，可輕易穿透人體，它無處不在也極難捕捉，被稱為“幽靈粒子”。

圖1 江門中微子實驗探測器呈巨大的球形結(jié)構(gòu)（圖/新華網(wǎng)）

“未來速度”的創(chuàng)造者 ：軌道交通運載系統(tǒng)全國重點實驗室

研究方向：以高速鐵路、高速磁浮交通、重載鐵路和新型城市軌道交通為研究對象，聚焦時速400 千米級高速輪軌客運列車、3 萬噸級重載列車、時速600 千米級高速磁懸浮及未來超高速磁懸浮等軌道交通領(lǐng)域重點任務(wù)開展基礎(chǔ)研究與技術(shù)創(chuàng)新。

獨門“技能”：解開輪軌關(guān)系的“黑匣子”——機(jī)車車輛整車滾動振動試驗臺就像列車的跑步機(jī)，可模擬列車在不同速度環(huán)境下的行駛狀態(tài)，為仿真模擬和真車運營搭建橋梁。

圖2 機(jī)車車輛整車滾動振動試驗臺

“超級高鐵1.0”——全球首個真空管道超高速磁懸浮列車環(huán)形試驗線平臺、國內(nèi)首個載人高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形試驗線，可研究并驗證真空管道及高溫超導(dǎo)磁懸浮的可行性。

“超級高鐵2.0”——將建成長1620 米、設(shè)計最高試驗時速1500 千米的高架真空管道高溫超導(dǎo)磁浮交通綜合性研究試驗平臺，為真空管道超高速軌道交通的基礎(chǔ)科學(xué)與共性關(guān)鍵技術(shù)，提供超高速與低氣壓的試驗環(huán)境。

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超導(dǎo)磁懸浮是利用超導(dǎo)體的抗磁性實現(xiàn)的磁懸浮。高溫超導(dǎo)是指在-196 ℃的液氮環(huán)境中超導(dǎo)具有的特性。自穩(wěn)定性可使高溫超導(dǎo)體無論運動或靜止都能在永磁軌道上實現(xiàn)懸浮和懸掛，并保持穩(wěn)定的導(dǎo)向力和懸浮力。

“最危險病原體”的研究者：武漢國家生物安全（P4）實驗室

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根據(jù)傳染病原的傳染性和危害性，國際上將生物安全實驗室分為P1、P2、P3 和P4 四個生物安全等級。P4 實驗室是專用于烈性傳染病研究的大型裝置，是人類迄今為止能建造的生物安全防護(hù)等級最高的實驗室。

設(shè)計獨特：實驗室整體采用“盒中盒”的設(shè)計理念，在建設(shè)過程中充分考慮到了抗震、防洪等功能，在-10 ℃到連續(xù)40 ℃高溫的環(huán)境中，均能實現(xiàn)穩(wěn)定地供冷供熱。實驗室主體的懸掛式結(jié)構(gòu)共分為4層，二樓核心實驗區(qū)域大致分為3 個細(xì)胞實驗室、2 個動物實驗室、1 個動物解剖室、消毒室等。

圖3 科研人員在P4 實驗室進(jìn)行演練 （圖/中國科學(xué)院 供 肖宇宙 攝）

主要功能：我國傳染病預(yù)防與控制的研究和開發(fā)中心、烈性病原的保藏中心和聯(lián)合國烈性傳染病參考實驗室。為我國提供了一個完整、國際先進(jìn)的生物安全體系，讓中國的科研工作者可以在自己的實驗室里研究世界上最危險的病原體。

宇宙“微光”的探尋者：中國錦屏地下實驗室

研究方向：涵蓋粒子物理、核天體物理、宇宙學(xué)、生命科學(xué)、巖石力學(xué)等多學(xué)科交叉的世界級開放共享實驗平臺，有望在暗物質(zhì)、中微子等物理研究前沿領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。

圖4 中國錦屏地下實驗室所在的錦屏山隧道口（圖/新華社 無人機(jī)拍攝）

地理位置：實驗室位于綿延百里的錦屏山下2400 米處，一期約4000 立方米的實驗室上方被厚厚的大理巖覆蓋，室內(nèi)宇宙射線通量僅為地表的一億分之一，是最“ 純 凈”的極深地下實驗室。

設(shè)計獨特：為實現(xiàn)全球最低環(huán)境輻射，科研人員為深地實驗室11 萬平方米的洞室表面量身定做了一件特殊的“防護(hù)服”，實現(xiàn)了零滲水點的工程奇跡，氡氣抑制率超99%。此外，實驗室還設(shè)計制作出低輻射水泥、低輻射巖棉、金剛砂、防火板等特種建材以及一大批定制的不銹鋼機(jī)電設(shè)備。

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暗物質(zhì)研究是人類認(rèn)識和了解宇宙的新出發(fā)點。暗物質(zhì)與普通物質(zhì)發(fā)生作用的概率極低，且受宇宙射線干擾，極難探測。因此，能阻擋宇宙射線、實驗環(huán)境輻射本底低，成為探測暗物質(zhì)的必要條件。

“一眼萬年”的時空壓縮者：杭州超重力實驗室

研究方向：超重力實驗艙可開展邊坡與高壩、巖土地震工程等領(lǐng)域的研究，還可為深海深地資源開發(fā)、廢棄物地下處置、新材料制備等領(lǐng)域的研究提供有力支撐。

獨門“技能”：超重力離心模擬與實驗裝置（CHIEF）是一個構(gòu)建從瞬態(tài)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(zhì)運動的實驗環(huán)境的“大家伙”。該離心機(jī)的最大容量達(dá)1900 g·t，可為全球超重力實驗提供品質(zhì)最高的超重力場，是全球容量最大、應(yīng)用范圍最廣的超重力多學(xué)科開放共享實驗平臺。

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我們?nèi)粘８惺艿降闹亓霰环Q為常重力場，重力加速度為1 g（1 g 約為9.8 m/s2），大于1 g 的被稱為超重力?？茖W(xué)家利用超重力“縮尺”和“縮時”的效應(yīng)，可開展在常重力環(huán)境下無法操作的實驗，極大地縮短實驗時間。

比如，搭建出1 層樓高的模型，再將其置于100 g 的超重力作用下，能得出100 層樓高的房子對地基的影響。再比如，大自然在數(shù)百萬年里發(fā)生的地質(zhì)變遷，在超重力環(huán)境中僅需幾天時間就能模擬出來。

圖5 浙江大學(xué)在2009 年建成運行的離心機(jī)（圖/余杭時報）

“火旋風(fēng)”奧秘的揭示者：火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室

研究方向：從飛機(jī)防火滅火到艦船消防系統(tǒng)，從城市建筑火災(zāi)到森林火災(zāi)，在這里，科研人員都可以幫助我們揭開關(guān)于“火”的種種真相。

圖6 火旋風(fēng)實驗平臺（圖/火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室）

獨門“技能”：世界上最大的單一火旋風(fēng)實驗裝置可研究火旋風(fēng)形成的臨界條件，結(jié)合實際的環(huán)境條件預(yù)測火旋風(fēng)發(fā)生的可能性，從而避免火旋風(fēng)給人類社會帶來危害。

還原大自然雷擊起火的實驗平臺在室內(nèi)就能模擬電閃雷鳴，研究雷電如何點燃森林可燃物引發(fā)雷擊火等科學(xué)問題，為森林雷擊火的預(yù)測預(yù)警提供科學(xué)的指導(dǎo)。

“五層模型樓”是一個縮小版的多層建筑，在其中開展火災(zāi)實驗可以明確高層建筑火災(zāi)產(chǎn)生的原因，有利于對該類型火災(zāi)進(jìn)行防治。

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火旋風(fēng)又稱為火焰龍卷風(fēng)，當(dāng)空氣的溫度和熱能滿足某些條件時，火苗形成一個垂直的旋渦，如同旋風(fēng)般直刺天空形成火焰龍卷風(fēng)，火苗高度9 至60 米不等。

科技創(chuàng)新大潮澎湃，千帆競發(fā)勇進(jìn)者勝。無論是講述地球過去，預(yù)測地球未來的現(xiàn)代古生物學(xué)和地層學(xué)國家重點實驗室，還是不斷創(chuàng)造“中國奇跡”的航空航天結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制全國重點實驗室；無論是探尋神奇之“力”的非線性力學(xué)國家重點實驗室，又或是“追光者”的發(fā)光材料與器件國家重點實驗室；……科技改變世界，前沿科技領(lǐng)域的實驗室早已成為變革中的重要“戰(zhàn)場”，是實現(xiàn)高水平科技自立自強的有力支撐。少年強則國強，青少年應(yīng)勇于創(chuàng)新、奮勇攀登，努力成為推動我國建設(shè)世界科技強國宏偉目標(biāo)中的堅強力量。