器以载道丨极深地下实验室：锦屏地下实验设施

在四川省凉山彝族自治州，雅砻江沿着锦屏山蜿蜒流淌。山体深处2400米以下，建有我国首座、也是世界最深最大的极深地下实验室——中国锦屏地下实验室。这里宇宙线通量仅为地表的一亿分之一，是全球辐射环境最纯净的实验空间，为暗物质、中微子等前沿物理研究提供了理想环境。

攻克建设难关

中国锦屏地下实验室的建设历程始于本世纪初。当时，清华大学工程物理系团队开展暗物质实验研究，但因国内缺乏相关实验设施，只能租用韩国襄阳地下实验室的角落，使用面积仅约1平方米。团队曾在国内多处实地考察，包括东北和北京的煤矿、秦岭隧道、河北的金矿等，但均未找到合适场地。

2008年8月8日，锦屏山隧道贯通带来了转机，团队立即前往考察，发现这里是建设深地实验室的理想场所。2010年，体积约4000立方米的实验室一期建成投运；2023年12月，实验室二期极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施土建公用工程完工，这标志着这个世界最深最大的地下实验室正式投入科学运行。

在2400米深的岩层下建设实验设施，面临着前所未有的工程技术挑战。实验室区域最大地应力达到113.87兆帕，相当于承受着万米水深的压力。工程团队采用微震监测和解除应力爆破等系列技术，成功解决了岩爆、高压大流量突涌水等世界级工程难题。

防水抑氡工艺是实验室建设中的核心技术创新。工程团队在国际上首创“十层复合构造”防护体系，在11万平方米的洞室表面构建了完善的防水抑氡屏障。这种创新结构采用防排结合的设计原则，实现了99%的氡气抑制率，为实验环境提供了可靠的纯净保障。

在材料研发方面，团队成功研制出低辐射水泥、低辐射金刚砂等新型建筑材料。这些材料均为国际首创，其辐射水平显著低于常规建材。除了主体建筑材料，所有的机电设备也都经过特殊定制，最大限度控制了实验室的整体辐射本底。

新风系统的建设同样体现了工程技术的前瞻性。工程团队建成了全球最长距离的新风供风系统，新风经过9000米管道输送，再通过实验室内部超1500米的送风管道，最终送达各个实验洞室。这套系统能够满足每小时2.4万立方米的常规用风需求，确保实验空间空气的持续更新和洁净度。

极深地下的技术优势

锦屏地下实验室的独特价值首先体现在其得天独厚的地理环境。实验室垂直岩石覆盖厚度达2400米，如此深厚的岩层构成了天然的宇宙射线屏蔽体，使实验室内部的宇宙线通量降低至地表的亿分之一水平。

锦屏山交通隧道东端 图片来源：《人民日报》

在地表环境中，宇宙射线会形成强烈的背景噪声，严重干扰极微弱物理信号的探测。而在锦屏地下实验室，2400米厚的岩层将绝大多数宇宙射线有效屏蔽，为探测暗物质等极其微弱的信号创造了理想环境。

实验室周边的岩体主要为大理岩，这种岩石本身具有较低的放射性本底。岩体的天然低辐射特性与深厚的岩石覆盖相结合，共同构成了实验室极低辐射本底的基础条件。实验室选址于连接锦屏一级、二级水电站的锦屏山隧道内，隧道全长17.5公里，这一选址既降低了工程建设成本，也充分发挥了重大基础设施的复合效益。

实验平台与技术成果

锦屏地下实验室二期工程建成后，形成了规模可观的实验平台体系。实验室内部共有四个实验大厅，总容积达33万立方米，相当于世界第二大地下实验室的1.8倍。通过2100吨钢结构的精密分隔，各个实验大厅被规划成不同功能的实验区域。

科研人员在锦屏地下实验室开展相关实验 图片来源：《人民日报》

实验室内配备了多种国际领先的专用科研设施。全球最大的聚乙烯屏蔽舱为极低本底测量提供了独特条件；全球最大的物理实验液氮恒温罐可承装1725立方米液氮；全球最强流深地加速器装置为核天体物理研究提供了世界一流的实验平台。这些特种设施的建设和运行，展现了我国在重大科研装备研制方面的技术实力。

在探测技术体系方面，实验室部署了多种类型的先进探测设备。高纯锗探测器、液氙探测器等形成了功能互补、能区覆盖完整的探测体系。这些探测器系统能够对极微弱的物理信号进行精确测量，为暗物质等前沿研究提供技术支持。

各实验团队依托这些先进设施已经取得了一系列重要科研成果。在暗物质研究领域，实验组已累计发表30多项国际领先的研究成果。在核天体物理研究方面，实验组对远古恒星钙丰度的研究成果发表在《自然》杂志，标志着我国在该领域进入全球前列。

截至目前，锦屏地下实验室各研究团队累计发表高水平论文120多篇。这些成果的取得，不仅推动了学科发展，也培养了一大批优秀的科研人才，为我国基础科学研究储备了重要力量。

随着实验室设施的不断完善，其研究范围也在持续拓展。目前，实验室已吸引来自清华大学、上海交通大学、中国原子能科学研究院等十个实验项目组进驻。研究内容从最初的暗物质探测，逐步扩展到中微子测量、核天体物理、深地医学等多个前沿领域，形成了多学科交叉融合的创新研究格局。

锦屏地下实验室凭借独特的地理优势和多项技术创新，建成了世界领先的深地科研平台。这个藏在深山内部的“纯净”实验室，正在为我国基础科学研究提供独特支撑，推动我国在粒子物理、核天体物理等前沿领域实现新的突破。

参考资料：

1.“新华社”公众号.地下2400米！他们在找什么？

2.人民日报.在2400米深地“追光”

3.“科普中国”公众号.暗物质探测，隐藏在极深地下的超级工程！

4.“中国纪检监察报”公众号.走近大国重器丨探访世界最深最大地下实验室——锦屏大设施

5.“中国能建”公众号.国之重器！地下2400米，世界最深最大地下实验室投运

6.“中国核学会”公众号.一图看懂｜带你了解世界最深、最大的极深地下实验室

制作：北京市科协融媒体中心