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时空压缩不再是神话!浙大将牵头建设我国首个超重力重大科技基础设施
特斯拉 2018-03-18
导语

建设高离心加速度、高负荷的超重力离心模拟与实验装置,将填补我国超大容量超重力实验装置的空白。

年初,经国家发展改革委正式批复,浙江大学将牵头建设国家重大科技基础设施——“超重力离心模拟与实验装置”,项目选址杭州未来科技城,这是在浙江省建设的首个国家重大科技基础设施项目。

图:“超重力离心模拟与实验装置”大楼效果图

装置建成后将成为全世界容量最大、应用范围最广的综合超重力多学科实验平台,总投入将超过20亿元人民币。据了解,这一“国之重器”将填补我国超大容量超重力实验装置的空白。

听起来是不是很棒,快来详细了解一下吧~

▍有了它,时空压缩,能量强化不再是神话

地球上的万物都受到重力的作用,物体在地球上所受的重力场为常重力场,重力加速度约为9.8m/s2,超过这个数值称之为超重力场。例如,木星超重力场是地球常重力场的2.33倍。超重力具有“时空压缩、能量强化”和加速相分离三种基本科学效应,可以带给人们更多观察世界、理解世界的视角和方法。

如果重力场强度发生变化,会产生很多神奇的效应。举个例子,科学家想知道100米高大坝的失稳性状,只需要造一米高的模型,加上100倍重力加速度的超重力,就能模拟实际失稳的效果。

其次,超重力场增大了不同物质之间相对运动的驱动力,从而产生缩时作用。比如超重力场下的爆气试验,增大了气泡的运动速度,加速了相分离。

图:“超重力离心模拟和实验装置”总体科学技术方案

超重力离心机是一种革命性的工程工具,能够利用超重力的神奇效应——压缩时空,并加速不同密度物质之间的相对运动。这样就可以在有限的时空内,以人为手段重现广袤大自然在漫长时光中发生的巨变,显著提升和拓展了人类科学研究的能力。

▍全世界容量最大,应用范围最广的综合超重力多学科实验平台

1931年美国哥伦比亚大学率先建成超重力离心机以来,世界上许多发达国家和高水平研究机构竞相投入建设超重力实验装置。目前世界上容量最大的美国陆军工程师兵团离心机容量已达1200重力加速度•吨,而我国正在运行的超重力离心机最大容量为500重力加速度•吨。“超重力离心模拟与实验装置”建成后,离心机容量超过1500重力加速度•吨,最大离心速度达1500倍重力加速度,最大负载超过30吨,将成为全世界容量最大、应用范围最广的综合超重力多学科实验平台。

随着我国经济高速发展,千米尺度岩土体灾变、300米级高坝溃坝、核素地下万年历时迁移、深地深海工程灾变、百公里级地质构造演变、材料高通量制备等国家战略性领域的关键问题研究,对高离心加速度、高负载的超大容量离心机提出了迫切需求。

建设高离心加速度、高负荷的超重力离心模拟与实验装置,将填补我国超大容量超重力实验装置的空白。

它的科学目标是: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。

图:“超重力离心模拟与实验装置”部分装置效果图

“超重力离心模拟与实验装置”主体部分由两台离心机和六座超重力实验舱构成,分别开展边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程与环境、地质过程、材料制备等6个领域的科学研究。搭载的20个实验装置中,有6个为世界首创。

▍是一个多学科交叉综合体系,建成后将“开放共享”

浙江大学超重力研究中心持续开展了十余年的超重力科学与实验研究,建成了容量400重力加速度·吨的超重力离心机ZJU400及系列机载实验装置,形成了一支高水平的超重力科学研究和实验技术队伍。

图:超重力科学研究和实验技术团队部分成员

据该项目首席科学家、中国科学院院士陈云敏教授介绍:“‘超重力离心模拟与实验装置’将是一个多学科交叉综合体系,建成后可为深海深地资源开发、防灾减灾、废弃物地下处置、新材料制备等领域的研究提供基础条件支撑。

图:陈云敏教授

“超重力离心模拟与实验装置”涉及到土木工程、水利海洋工程、地球科学、机械工程力学、材料科学与工程、环境科学与工程等多个学科。

据悉,项目选址在杭州未来科技城,与浙江大学紫金港校区直线距离8公里,建设周期为5年。合作单位包括中国科学院物理研究所、中国工程物理研究院总体工程研究所等。

项目建成后将秉持“开放共享”原则,实行实验机时共享、数据共享、超重力知识和技术共享。陈云敏介绍,设施建成后,大部分机时数将用于基础研究用户,部分用于企业用户,少数用于国际用户,如美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟校区的高铁路基移动荷载效应研究,其余用于浙江大学的各学科用户。项目还将开展国际平行试验,发布超重力基准试验,共享重大工程超重力试验数据,并创建多学科科普平台,面向社会公众开放和提供技术培训。

(本文来源:浙江大学微信公众号;)

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作者 特斯拉

副研究员

中科院

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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