發展和改革委批覆浙江大學超重力離心模擬與實驗裝置項目
近日，國家發展和改革委員會批覆了浙江大學建築工程學院陳雲敏院士牽頭的國家重大基礎設施項目——超重力離心模擬與實驗裝置（CHIEF）。
舉個例子，要想知道100米高大壩的失穩性狀，有了這個裝置只需要造一米高的模型，加上100倍的重力加速度的超重力，就能模擬實際的失穩效果。
（CHIEF項目效果圖 來源：手機浙江網）
CHIEF項目總投資超過20億，CHIEF建成後將成為全球容量最大、應用範圍最廣的綜合超重力多學科實驗平台，將填補我國超大容量超重力實驗裝置的空白。
根據《國家發展改革委關於超重力離心模擬與實驗裝置國家重大科技基礎設施項目可行性研究報告的批覆》的內容，CHIEF項目主要建設超重力離心機主機、超重力實驗艙、超重力試驗保障系統及配套土建工程。其中，超重力實驗艙包括邊坡與高壩、岩土地震工程、地質過程、材料製備、深海工程、深地工程與環境等6個超重力實驗艙。
超重力離心科學價值
所謂超重力指的是比地球重力加速度（9.8m/s2）大得多的環境物質下所受到的力。研究超重力環境下物質的物理和化學變化過程稱為超重力科學。在地球上實現超重力環境的方法是通過旋轉產生離心力而模擬實現。雖然超重力技術是通過離心力場的作用而達到模擬超重力環境的目的，但該技術與利用離心力進行復相分離或密度差異分離有着本質的區別。該技術核心在於對傳遞過程和微觀混合過程的極大強化。超重力具有“時空壓縮、能量強化、加速相分離”三種基本科學效應，帶給人們更多角度理解各種物質現象。
（陳雲敏院士帶記者參觀浙江大學現有超重力離心機 來源：浙江大學網站）
負責CHIEF新材料艙的張澤教授就舉例介紹，航空發動機中關鍵的渦輪葉片，工作温度實際上是1400度，這對材料的耐力提出了很高的要求。發動機葉片的材料組分非常複雜，光合金元素就10餘中，在高温和高速旋轉產生的離心力作用下，原子的擴散也許就會發生類似“胖子”和“瘦子”跑得快慢不一樣，出現重元素跑得快一點，輕元素跑得慢一點現象，這種質量差異進一步形成了結構的差異。
張澤教授説，“我們通常的力學實驗受到的是靜力，你把它拉也好，彎也好，不同元素的‘響應’都差不多，不會因為誰重誰輕會不一樣，而實際高速旋轉起來情況就變了，‘胖’的和‘瘦’的就是不一樣，就會受到一個動態的力，我們通常力學實驗所做不到，而有了這種超重力離心裝置就可以做這件事情”。
CHIEF將成為世界容量最大綜合多學科實驗平台
根據浙江大學官網介紹，自1931年美國哥倫比亞大學率先建成超重力離心機以來，世界上許多發達國家和高水平研究機構競相投入建設超重力試驗裝置。目前世界上容量最大的美國陸軍工程師兵團離心機容量已達1200重力加速度噸，而我國正在運行的超重力離心機最大容量為500重力加速度噸。“超重力離心模擬與實驗裝置”建成後，離心機容量超過1500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，將成為世界容量最大、應用範圍最廣的綜合多學科實驗平台。
《國家發展改革委關於超重力離心模擬與實驗裝置國家重大科技基礎設施項目可行性研究報告的批覆》的內容也給出了CHIEF建設地點位於杭州市餘杭區未來科技城，建築面積34560平方米，建設週期5年。項目建成後將為重大基礎設施建設、深地深海資源開發、高性能材料研發等提供基礎條件支撐。
（CHIEF項目選址杭州科技未來城 來源：浙江大學網站）
陳雲敏教授表示，設施建成以後，大部分是時數將用於基礎研究用户，部分用於企業用户，少數用於國際用户，如美國伊利諾伊大學厄巴納—香檳小區的高鐵路基移動荷載效應研究，其餘用於浙江大學個學科用户。項目還將看展國際平行試驗，發佈重力基準試驗，共享超大工程超重力實驗數據，並創建多學科科普平台，面向社會公眾開放和提供技術培訓。
CHIEF超重力實驗艙功能
根據浙江大學網站發佈的消息，CHIEF的設計可以讓科學家們全過程觀測重力環境下岩土體、地球深部物質、合金熔體等多相的物質運動，揭示岩土體大時空演變與成災、地質過程演變和成巖成礦、合金熔體超重力凝固機制、為重大基礎設施建設、深地深海資源開發、高能材料研發等提供基礎支撐。
浙大官網同時介紹了CHIEF設計中的6座超重力實驗艙擁有如下性能：
（超重力離心機和主要機載裝置示意圖 來源：浙江大學網站）
邊坡與高壩實驗艙：
我國滑坡災害頻發，目前世界上仍沒有公認的理論能夠解釋滑坡的高速、遠程滑動過程。我國水力資源居世界第一，已建、在建和擬建高度超過200米的高壩佔世界的50%，而梯級高壩是我國黃河、金沙江、雅礱江等水利資源開發的主要形式，他們總落差達一兩千米，一旦大壩崩壩將造成多米諾連潰，後果不堪設想。但是通過CHIEF，利用“時空壓縮”效應展開超重力試驗，突破滑坡預警和治理技術的發展，驗證百米級高壩服役性能，為高烈度地震區的城市羣規劃及重大工程建設提供支撐。
岩土地震工程實驗艙：
我國還是地震最活躍和地震災害最嚴重的國家之一，場地岩土體是基岩地震向地面建築物傳播的媒介，地震動的場地效應、場地液化大變形和地震誘發滑坡等決定了建築的震害程度。CHIEF中的岩土地震工程實驗艙提供了大負載單向振動台、世界上首座超重力三向振動台，將為研究複雜場地地震動演變規律和岩土體致災效應提供國際一流的研究平台。
地質過程實驗艙：
地球內部物質的運移和演變是人類的科學難題之一，CHIEF為研究地球深部岩漿房中結晶率、地幔中礦物的重力分異作用、板塊俯衝脱水過程等問題提供新的研究思路和方法，進一步加深人類對地球內部多圈層形成演化過程的認識。
材料製備實驗艙：
新材料是高端製造業的基礎，關係產業發展和國家安全。高通量材料製備技術是當今研究的重點。利用超重力相分離加速效應，我們能夠製備不同微區成分、相結構和組織的大尺寸塊體高通量樣品，從而發現高性能材料。
深海工程實驗艙：
深海天然氣水合物資源被認為是一種儲量巨大、21世紀最有潛力的替代能源。但是深海高壓環境和複雜海牀條件使得深海天然氣水合物開採極為困難。超重力可以再現深海儲層中天然氣水合物的開採過程，模擬不同天然氣水合物開採方法，為天然氣水合物高效開採和災害控制提供重要科學依據與實驗支撐。
深地工程與環境實驗艙：
深部資源開發、油氣深地儲存、二氧化碳地質封存和高放射性物質地質處置等成為我國能源地下開採、儲備、放射性廢物深地處置研究設施的建設過程中重要的科學研究方向。
陳雲敏院士説：“這些實驗艙都是根據國內外現狀及發展需求來確定的，特別是針對國家重大戰略需求，我們召開了10餘次專家論證會，經過了24位院士、上百位專家學者的論證”。
來源：浙江大學網站、錢江晚報、手機浙江網等