超重力實驗裝置啓動核心設備

在浙江杭州城西科創大走廊腹地距地面15米的地下大廳內，一台粗長的旋臂緩緩啓動，逐漸提速。末端的實驗艙內，300個g（常重力）的驚人加速度正讓物質的運動以“一眼萬年”的速度展開。伴隨轟鳴聲傳來，浙江省首個國家大科學裝置——超重力離心模擬與實驗裝置（以下簡稱“CHIEF”）核心設備近日正式啓動。

由浙江大學牽頭建設的CHIEF被《物理世界》雜誌評價為“全世界能力最強的離心機”。如今率先開機運行的CHIEF1300容量達到1300g·t（重力加速度·噸），刷新了全球紀錄。

什麼是超重力？過山車俯衝時的失重與眩暈、飛機爬升時胸口的壓迫感，都是人們日常可感知的超重力體驗。但在CHIEF實驗艙中，研究人員可以把這種體驗成百上千倍放大，用於模擬現實中無法直接觀測的極端過程。“我們希望通過離心加速度和負載的調控，構建從瞬態到萬年、從原子級到千米級、從常温常壓到高温高壓的多相介質運動實驗環境。”CHIEF首席科學家、中國科學院院士、浙江大學教授陳雲敏介紹，這一裝置能夠讓地質演化、滑坡塌陷、深海能源開採、新材料凝固等場景在實驗室裏加速呈現。

作為承前啓後的“模型機”，CHIEF1300實現了從150g到300g的最大加速度躍升，旋轉半徑從4.5米增加到6米，容量更是從400g·t提升到1300g·t。總工程師凌道盛介紹，團隊為此創造性地提出了“上下兩端支撐、三導液壓軸承”的結構體系，並自主研發了全球最大法蘭直徑的真空温控系統，以解決高速運轉下巨量熱量散除的難題。“CHIEF1300配備了不平衡力動態調節系統，可以在實驗過程中自動補償，保證高速旋轉時的穩定性。”他説，這為未來開展更復雜的動態實驗奠定了基礎。

這一“超級機器”的誕生並不容易。超高速運轉、更長的機械臂、更極端的工況，意味着沒有現成經驗可循。為了保障設備安全運行，研發團隊跨學科協作，從結構體系、真空密封、動態平衡到材料工藝均需“破題”。“這台機器的每一次轉動，都凝結着數百位科研人員的心血。”項目團隊成員感慨道。浙江大學多學科平台會聚了來自建築工程、控制、軟件、能源、材料等領域的科學家和工程師，他們用跨界智慧為CHIEF的複雜系統提供了新的解法。

隨着CHIEF核心設備的啓用，18套自主研製的機載實驗裝置一併亮相。其中6台為國際首創，12台達到國際領先水平。它們猶如CHIEF的“十八般武藝”，為不同學科的探索提供支撐——造波造嘯及重力流實驗裝置可以模擬20米高的海嘯與海牀相互作用，揭示海底災變機理；深海高壓温控實驗裝置能夠真實再現天然氣水合物開採過程，為能源開發提供關鍵數據；超重力振動台是國際上振動能力最強的同類設備，可揭示百米尺度複雜場地的地震災變規律；超重力定向凝固熔鑄爐為新材料研發開闢新途徑，製備出更緻密、更優質的合金材料；500公里/小時高鐵路基動力效應裝置則將為高速鐵路建設提供科學驗證。在高速運轉的離心機中，多因素疊加作用，研究人員得以探索常規實驗條件下無法觸及的科學前沿。陳雲敏形象地比喻：“就像讓孫悟空在離心機裏翻筋斗。”

CHIEF不僅是科學探索的工具，更是國家戰略需求的支撐。防災減災、能源開發、城市建設、材料創新……這些急需突破的領域都能在“超重力場”中找到研究路徑。教育部在加快CHIEF建設的同時，已發函支持組建“國家超重力場科學中心（籌）”。浙江大學也成立了超重力科學與技術研究院，匯聚多學科力量，共同推動交叉研究。《物理世界》評論稱，CHIEF的建設使我國在超重力科學領域“一步跨入世界前列”。

（本報記者 陸 健 本報通訊員 秦宇杭）