论文部分内容阅读
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。
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。
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
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
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
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。
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。
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
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
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