探秘科创“国家队”

本刊综合

“北斗”环绕、“嫦娥”奔月，千年飞天梦今朝实现；“蛟龙”探海、“奋斗者”创深潜万米新纪录，深海“利器”出鞘惊天；搭配4.5万只“黄金眼”的中微子实验装置，探索微观物质世界的正负电子对撞机，各类大科学装置孕育出众多的科学奇迹……近年来，我国面向世界科技前沿，不断强化顶层设计和系统布局，取得了一系列重大原创成果，建设了一批国之重器。这些成果的取得，离不开科学家们孜孜以求地开拓创新，也离不开国家实验室体系的强大支撑。

国家实验室作为大型综合研究基地，是统筹高质量发展和高水平安全的核心支撑，是优化配置优势资源、助力“大国重器”研制并成为维护国家总体安全的“定海神针”。本期，我们将探访我国前沿科技实验室，领略酷炫的实验现场，见证科技的创新步伐。

“幽灵粒子”的捕捉者：江门中微子实验室

研究方向：研究中微子的大科学装置，助力人类解开宇宙诞生之初的秘密。

地理位置：该实验室地处江门市阳江、台山两处核电站的中间位置，能获取双倍的实验样本，是目前全球最适合开展中微子实验的地方。地下700米的山体和岩层相当于地面宇宙射线的“过滤器”，能大幅降低宇宙射线的强度，获取更纯净的中微子信号。

外形特征：装置主体仿佛一个泡在冰水中的西瓜，看似“薄如蛋壳”却极其坚固的有机玻璃球如同一颗“宝珠”，身披由低放射性不锈钢组成的国内最大单体的外网架，构成了世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。

独门“技能”：由4.5万只光电倍增管组成的“探测器眼睛”可将中微子的光信号转换成电信号，并将其放大1000万倍，从而获取到其能量、位置等信息，交由计算机分析处理。

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中微子是构成物质世界最小的单元之一，随着宇宙爆炸而诞生。中微子个头小、不带电，可轻易穿透人体，它无处不在也极难捕捉，被称为“幽灵粒子”。

“未来速度”的创造者 ：轨道交通运载系统全国重点实验室

研究方向：以高速铁路、高速磁浮交通、重载铁路和新型城市轨道交通为研究对象，聚焦时速400千米级高速轮轨客运列车、3万吨级重载列车、时速600千米级高速磁悬浮及未来超高速磁悬浮等轨道交通领域重点任务开展基础研究与技术创新。

独门“技能”：解开轮轨关系的“黑匣子”——机车车辆整车滚动振动试验台就像列车的跑步机，可模拟列车在不同速度环境下的行驶状态，为仿真模拟和真车运营搭建桥梁。

“超级高铁1.0”——全球首个真空管道超高速磁悬浮列车环形试验线平台、国内首个载人高温超导磁悬浮环形试验线，可研究并验证真空管道及高温超导磁悬浮的可行性。

“超级高铁2.0”——将建成长1620米、设计最高试验时速1500千米的高架真空管道高温超导磁浮交通综合性研究试验平台，为真空管道超高速轨道交通的基础科学与共性关键技术，提供超高速与低气压的试验环境。

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超导磁悬浮是利用超导体的抗磁性实现的磁悬浮。高温超导是指在-196 ℃的液氮环境中超导具有的特性。自稳定性可使高温超导体无论运动或静止都能在永磁轨道上实现悬浮和悬挂，并保持稳定的导向力和悬浮力。

“最危险病原体”的研究者： 武汉国家生物安全（P4）实验室

设计独特：实验室整体采用“盒中盒”的设计理念，在建设过程中充分考虑到了抗震、防洪等功能，在-10 ℃到连续40 ℃高温的环境中，均能实现稳定地供冷供热。实验室主体的悬挂式结构共分为4层，二楼核心实验区域大致分为3个细胞实验室、2个动物实验室、1个动物解剖室、消毒室等。

主要功能：我国传染病预防与控制的研究和开发中心、烈性病原的保藏中心和联合国烈性传染病参考实验室。为我国提供了一个完整、国际先进的生物安全体系，让中国的科研工作者可以在自己的实验室里研究世界上最危险的病原体。

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根据传染病原的传染性和危害性，国际上将生物安全实验室分为P1、P2、P3和P4四个生物安全等级。P4实验室是专用于烈性传染病研究的大型装置，是人类迄今为止能建造的生物安全防护等级最高的实验室。

宇宙“微光”的探寻者：中国锦屏地下实验室

研究方向：涵盖粒子物理、核天体物理、宇宙学、生命科学、岩石力学等多学科交叉的世界级开放共享实验平台，有望在暗物质、中微子等物理研究前沿领域取得突破性进展。

地理位置：实验室位于绵延百里的锦屏山下2400米处，一期约4000立方米的实验室上方被厚厚的大理岩覆盖，室内宇宙射线通量仅为地表的一亿分之一，是最“纯净”的极深地下實验室。

设计独特：为实现全球最低环境辐射，科研人员为深地实验室11万平方米的洞室表面量身定做了一件特殊的“防护服”，实现了零渗水点的工程奇迹，氡气抑制率超99%。此外，实验室还设计制作出低辐射水泥、低辐射岩棉、金刚砂、防火板等特种建材以及一大批定制的不锈钢机电设备。

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暗物质研究是人类认识和了解宇宙的新出发点。暗物质与普通物质发生作用的概率极低，且受宇宙射线干扰，极难探测。因此，能阻挡宇宙射线、实验环境辐射本底低，成为探测暗物质的必要条件。

“一眼万年”的时空压缩者：杭州超重力实验室

研究方向：超重力实验舱可开展边坡与高坝、岩土地震工程等领域的研究，还可为深海深地资源开发、废弃物地下处置、新材料制备等领域的研究提供有力支撑。

独门“技能”：超重力离心模拟与实验装置（CHIEF）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”。该离心机的最大容量达1900 g·t，可为全球超重力实验提供品质最高的超重力场，是全球容量最大、应用范围最广的超重力多学科开放共享实验平台。

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我们日常感受到的重力场被称为常重力场，重力加速度为1 g（1 g约为9.8 m/s2），大于1 g的被称为超重力。科学家利用超重力“缩尺”和“缩时”的效应，可开展在常重力环境下无法操作的实验，极大地缩短实验时间。

比如，搭建出1层楼高的模型，再将其置于100 g的超重力作用下，能得出100层楼高的房子对地基的影响。再比如，大自然在数百万年里发生的地质变迁，在超重力环境中仅需几天时间就能模拟出来。

“火旋风”奥秘的揭示者：火灾科学国家重点实验室

研究方向：从飞机防火灭火到舰船消防系统，从城市建筑火灾到森林火灾，在这里，科研人员都可以帮助我们揭开关于“火”的种种真相。

独门“技能”：世界上最大的单一火旋风实验装置可研究火旋风形成的临界条件，结合实际的环境条件预测火旋风发生的可能性，从而避免火旋风给人类社会带来危害。

还原大自然雷击起火的实验平台在室内就能模拟电闪雷鸣，研究雷电如何点燃森林可燃物引发雷击火等科学问题，为森林雷击火的预测预警提供科学的指导。

“五层模型楼”是一个缩小版的多层建筑，在其中开展火灾实验可以明确高层建筑火灾产生的原因，有利于对该类型火灾进行防治。

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火旋风又称为火焰龙卷风，当空气的温度和热能满足某些条件时，火苗形成一个垂直的旋涡，如同旋风般直刺天空形成火焰龙卷风，火苗高度9至60米不等。

科技创新大潮澎湃，千帆竞发勇进者胜。无论是讲述地球过去，预测地球未来的现代古生物学和地层学国家重点实验室，还是不断创造“中国奇迹”的航空航天结构力学及控制全国重点实验室；无论是探寻神奇之“力”的非线性力学国家重点实验室，又或是“追光者”的发光材料与器件国家重点实验室；……科技改变世界，前沿科技领域的实验室早已成为变革中的重要“战场”，是实现高水平科技自立自强的有力支撑。少年强则国强，青少年应勇于创新、奋勇攀登，努力成为推动我国建设世界科技强国宏伟目标中的坚强力量。