首个“国字号”重大科技基础设施即将在杭州开建，这也意味着我省迎来零的突破，近日，国家发展和改革委员会批复了这个大科学装置的可行性研究报告。

这个国之重器，名称叫超重力离心模拟与实验装置国家重大科技基础设施（CHIEF），总投入超20亿元，由浙大作为法人单位牵头建设。

CHIEF建设地点位于杭州市余杭区未来科技城，建筑面积34560平方米，建设周期5年。建成后，将填补我国超大容量超重力装置的空白，成为世界领先、应用范围最广的超重力多学科综合实验平台，同时将为重大基础设施建设、深地深海资源开发、高性能材料研发等提供基础条件支撑。

大科学装置包含六座超重力实验舱

再现“山中一日，世上千年”神奇效应

在现实的生活里，也许没法穿越时空笑看沧海桑田，不过在实验室里，模拟一眼万年、一步千里的时空压缩倒并非不可能。

浙江大学建筑工程学院陈云敏院士牵头的，超重力离心模拟与实验装置，就是一个构建从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运动的实验环境的“大家伙”。

在超重力环境下，会发生我们平常看不到的神奇效应。首先，超重力增大了物质的体积力，能产生缩尺作用。举个例子，想知道100层楼高的房子对地基的影响，那么我们只需要造1层楼高的模型，在100个g的超重力作用下，就能模拟100层楼的效果。其次，超重力场加速了不同物质之间的相对运动的驱动力，从而产生缩时作用。比如超重力场下的爆气试验，超重力增大了气泡的运动速度，加速了相分离。

这是综合集成超重力离心机与力学激励、高压、高温等机载装置，将超重力场与极端环境叠加一体的大型复杂科学实验设施。设施主要建设内容包括超重力离心机主机、超重力实验舱、超重力试验保障系统和配套设施。其中，两台超重力离心机主机，最大容量1900 g•t，最大离心加速度1500g，最大负载32t；另外还有边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程与环境、地质过程、材料制备共六座超重力实验舱。

“这些实验舱都是根据国内外现状及发展需求来确定的，特别是针对国家重大战略需求，我们召开了10余次专家论证会，经过了24位院士、上百位专家学者的论证。”陈云敏院士说。

正是因为功能强大，超重力离心机被誉为地球上营造超重力环境的“革命性工具”。而CHIEF将超重力离心机能力从国内400g•t级、国际最大1200g•t突破至1900g•t，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及获取千种材料成分的实验能力。

“如果在超重力离心机上搭载土体污染物迁移实验装置，我们就可以看到污染物在地下大尺度、长历时的运移，可谓‘山中方一日，世上已千年’。”陈云敏院士表示。

引领区域经济发展

六座超重力实验舱各显神通

 对于这样一个装置，或许可以从童年记忆中找到意象——旋转飞机，一种绕垂直轴中心旋转的飞机类游乐设备。当旋转速度超过一定值就产生了离心力，反映到人身上就是呼吸困难等。

有了超重力场，科学家就能在里面开展各类实验了，而具体的实验场所就是CHIEF的6座超重力实验舱及18台机载装置。根据设计，科学家们可以全过程观测超重力环境下岩土体、地球深部物质、合金熔体等多相介质的物质运动；揭示岩土体大时空演变与成灾、地质过程演变与成岩成矿、合金熔体超重力凝固的机制，为重大基础设施建设、深地深海资源开发、高性能材料研发等提供基础支撑。

目前，我国一些大城市正在规划建设一批大型水电站和核电站，重大工程建设规模居世界之首，许多新建重大工程在全球范围内未有先例，其服役性能与设计方案亟需实验验证。

而CHIEF正可以验证重大工程服役性能。材料制备实验舱负责人、浙江大学材料科学与工程学院张泽院士认为，将来，无论国内建设还是一带一路建设，若涉及到重大基础设施建设，像桥梁、大坝、涵洞……还有核能源等都需要进行实验，这个装置可以把时间缩短、空间与能量缩小，提供不可替代的作用，因此对社会影响力很大。

此外，这个“大家伙”建成后还可以增强我国地球科学和材料科学研究的原始创新能力。“高通量材料制备技术是当今研究的重点。利用超重力相分离加速效应，我们能够制备不同微区成分、相结构和组织的大尺寸块体高通量样品，从而发现高性能材料。”

然而刚开始想找地方给这个大科学装置安个家却吃了闭门羹。“大科学装置不是造大楼。”这是陈云敏院士常说的话。他说大楼是为大科学装置服务，为装置运行提供环境，各方面要求都非常高。

这也不奇怪，随着城市的不断发展，杭州也可谓是寸土寸金。兜兜转转之后，杭州市余杭区政府出面解决了问题，拿出了89亩用地，在科学研究与经济发展之间选择了前者。

“余杭区正在打造成全面创新创业的引领区、策源地，我们希望能够通过校地合作，引进一流的科创项目和人才”，余杭区常务副区长陈夏林说，区政府是看到了基础研究的内在张力，因为大科学装置的建设项目会汇聚一批高科技人才，能为余杭区的科学含金量添不少分，而余杭区现有的科技氛围也能为今后团队依托大科学装置开展研究提供帮助。

好奇心驱动下的创新研究

浙大成立浙江大学超重力研究中心，作为项目科学研究和技术攻关的主体，中心组建了10名院士为核心的科学与技术队伍，陈云敏院士任项目首席科学家。

“超重力设施这个项目就像是个大熔炉，我们一边预研，一边碰撞出新的火花。”建筑工程学院教授朱斌说。

项目还没正式开建，就已经成果迭出。有一项成果是关于近海工程研究的。海上大型构筑物往往受到不同方向的荷载。团队利用超重力场下的缩尺效应，研发了世界上首台超重力三向加载实验装置和国内首台超重力波浪模拟实验装置，能够模拟海上大型构筑物服役期间的波浪荷载和其它多向荷载，从而助力海上风力发电机等重大工程的设计和建造。

大科学装置的研制，处处充满了创新，不像标准化仪器那样有据可依，一切都需要重新摸索。

 “这样一个极端环境促使大家带着问题去思考，老师和学生的思维就非常活跃。”陈云敏院士说，当初提出这个想法，也是出于对科学的好奇。“我是一个好奇心比较足的人。在浙大的学习时光，让我感悟到自然和科学美，激起了我出于好奇心而产生的求知欲。科学家最大的内动力就是好奇心，超重力离心模拟与实验装置刚好可以验证我对于这方面的一些疑问。”

在团队成员眼中，CHIEF就是一个科学被好奇心驱动的地方。为了同样的好奇心，不论是院士，还是青年科研人员，都常常碰撞交流，一讨论就到凌晨两三点钟。“团队里的几位院士，张泽、杨树锋、杨华勇，每一次论证会都抽出时间参加，讨论起来都是非常地投入。”

以问题为导向，是团队的一大研究特色。在这里，不同学科和领域都是基于超重力增大多相介质体积力和加快相分离的基本科学原理而汇聚到了一起，使得项目具有促进小学科之间、相邻学科之间、甚至不同大学科之间的相互交叉和融合的天然优势，为产生新思想、新方法、开辟新领域和建立新学科创造良好的环境。

在团队招聘时，陈云敏院士必问的一个话题就是“是否对科学有兴趣”，在他看来，兴趣和好奇心是激发研究热情、撬动地球杠杆的支点。他们也确实招到了一批名牌大学来的年轻人，多学科交叉的工程学科给了他们很大的平台。

最近，还有一个方案已经列入了陈云敏院士的工作计划。他准备建立一个研究院，在培养学生的同时，把超重力基础研究中的科学新发现转变成技术，然后产业化。

杭加新闻2019年1月18日