9月29日，國家重大科技基礎設施——超重力離心模擬與實驗裝置在浙江杭州啟動首臺離心機主機。該設施將營造超過地球重力千百倍的“超重力場”，實現“時空壓縮”效應，為一系列研究提供關鍵支撐。

超重力離心模擬與實驗裝置由浙江大學牽頭建設，包括三臺離心機主機，以及邊坡與高壩、巖土地震工程、深海工程、深地工程與環境、地質過程、材料制備等六座實驗艙的18臺機載裝置。

本次啟動的首臺離心機“CHIEF1300”容量為1300g·t（重力加速度·噸），是目前世界上容量最大的離心機。此外，容量為1500g·t和1900g·t的兩臺離心機“CHIEF1500”和“CHIEF1900”正在緊鑼密鼓地安裝建設中。

圖為超重力離心模擬與實驗裝置啟動的首臺離心機主機“CHIEF1300”。（浙江大學供圖）

為什么要建設超重力離心模擬與實驗裝置？

地球重力場的加速度約為９.８米/平方秒，稱為常重力場，超過這個數值就稱為超重力場。例如坐過山車時人承受的最大加速度會達到常重力的２倍，航天器發射時加速度可達常重力的4至5倍，太陽上的重力場是常重力的28倍，而超重力離心模擬與實驗裝置離心機主機的超重力最大將達到常重力的1500倍。

“超重力場中，科研人員在實驗室中能以很小的尺寸、極短的時間，再現真實世界中的重大災難、地質演化、極端環境。”超重力離心模擬與實驗裝置首席科學家、中國科學院院士、浙江大學教授陳云敏說。

例如，在100倍常重力的實驗中，100米的真實物體可以“縮尺”至1米，100年的污染物遷移過程可以“縮時”至3.65天。這種“時空壓縮”效應，將為國家重大科技任務開展、重大工程新技術研發和驗證、物質科學前沿發展等方面提供關鍵支撐。

“超重力場”如何實現？

“CHIEF1300”的主機室是一間占地約230平方米的圓形地下室，位于中央的離心機就像是一個能夠高速“自轉”的巨型“天平”。

工作時，半徑長約6.4米的轉臂將帶動實驗裝置高速旋轉，速度越快，離心力越大，當離心加速度超過地球常重力，就形成超重力場。目前，該離心機的超重力場已調試運轉至驗收指標，可實現常重力的10倍到300倍。

“為了令裝置提供豐富且穩定的超重力環境，更廣泛地支持不同學科的需求，我們特別采取了深基坑、低氣壓機室、液冷壁技術等一系列方案，保障主機的高質量運行?！背亓﹄x心模擬與實驗裝置總工程師、浙江大學求是特聘教授凌道盛說。

圖為超重力離心模擬與實驗裝置實驗大樓。（浙江大學供圖）

超重力離心模擬與實驗裝置如何推動研究發現？

據介紹，該設施是將超重力場與極端環境疊加一體的大型復雜科學實驗設施。18臺機載裝置覆蓋深海深地資源開發、防災減災、廢棄物地下處置、新材料制備等多個領域。

在一系列預研實驗中，研究人員們已有許多收獲：在深海高壓溫控實驗裝置中，復現2000米深海的水壓，試驗深海海床中可燃冰開采的安全性；在超重力振動臺中，模擬強震的地質危害，驗證水電站壩基的抗強震設計；在造波、造嘯及重力流實驗裝置中，推演4米高浪、20米海嘯與海床的互相作用，為海上風電場選址提供參考；在超重力定向熔鑄爐中，制備高鐵接觸網導線材料，具有缺陷少、強度高、延伸率大等性能……

“超重力的世界非常精彩！”陳云敏說，超重力離心模擬與實驗裝置將致力于構建開放共享的國際前沿科研平臺，期待與全球頂尖科研力量與團隊開展合作，為全球科學研究的持續進步與創新發展注入動力。

策劃：陳芳

記者：朱涵、宋晨

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