哪吒踏上风火轮,足下生风,可日行万里。杭州也有一“法宝”,能压缩时空,一步可行千里。这便是杭州正在建设的杭州超重力场项目。
该项目又有新进展。目前,能产生超重力场的模型机已进入带载调试阶段;另外两台离心机——重载机和高速机预计今年4月开始进场安装。
杭州超重力场项目,即“超重力离心模拟与实验装置”,由浙江大学牵头建设,项目占地89亩,总建筑面积约34560平方米,相当于9个足球场大小,内置3台超重力离心机主机(含验证机)、6座实验舱的18台机载装置,以及实验大楼、110千伏变电站、数据中心及智慧实验园区、温控分系统等配套设施。整个项目预计在2026年底前全部投入运行。
项目全部建成后,将成为世界容量最大、实验能力最强的多学科超重力实验设施,为国家重大科技任务开展、重大工程新技术研发和验证、物质前沿科学发展提供先进的试验平台,成为我国一支重要的战略科技力量。
今年1月初,杭州超重力场实验大楼交付使用。实验大楼造型独特,白色的曲面屋顶配以红砖墙身,尽显科技的张力和浙大文脉的传承。
大楼平面呈“丰”字形结构,中部核心为主机厅,用于放置模型制备机、重载机、高速机等三台超重力离心机;东、西辅厅分列主机厅两侧,用于放置边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程与环境、地质过程和材料制备等6座实验舱的辅助设备;北部为精密测试区,用于放置电镜等各类精密实验仪器;南部为研究交流区,设有入口门厅、交流空间、多功能厅等。
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超重力是如何形成的?
位于超重力实验大楼主机厅的3台超重力离心机——模型机、重载机和高速机,是项目的“镇馆之宝”,它们是产生超重力的核心设备。
模型机所在的房间是一个占地约230平方米的圆形地下室。偌大的房间,被这一台机器所占满,从外观上看,就像是一个“巨型天平”。模型机转臂半径长7米,工作的时候,就像巨人用两只手臂拎着两个大吊篮飞速旋转,可产生300倍的超重力。
离心机通过高速旋转来产生离心力。物体在旋转时,由于惯性作用产生的力量会将物体向外推。当旋转速度达到一定的程度时,离心力的大小就能远远超过地球的常规重力,从而形成超重力环境。
科学家们把我们在地球上承受的正常重力称作常重力,用1g(重力加速度单位)来表示,超过这个重力就叫超重力。除了产生的超重力外,离心机还有一个重要单位——“g·t”,在超重力领域中代表“重力加速度乘以吨”,通常用于表示离心机的容量。
目前,世界上容量最大的离心机在美国,容量为1200g·t。杭州超重力实验大楼的这台模型机的容量是1300g·t,已经打破了世界纪录。等重载机建设完成后,这一纪录将突破至1900g·t。
真的可以时空压缩?
在超重力环境下,科研人员可以模拟“一眼万年”或者“一步千里”的时空压缩,更准确地说,超重力实验能实现“缩尺”和“缩时”。
“缩尺”,是指可以缩小实验对象的尺寸,用最小的研究成本获得所需要的性能数据。“缩时”,指的是加速物质运移的过程,减少其发生的时间。
举个简单的例子,要沉淀分离一杯浑浊的泥水,在自然环境中,需要1天的时间,在超重力离心机上,1分钟就能实现泥是泥、水是水。
在超重力环境下,还能做许多事——能测试不同地基抗震的性能,为建筑物和土石坝的地基抗震设计提供数据支持;能低成本模拟深海环境,研究天然气水合物(可燃冰)的开采方法;能模拟核废料在地下的迁移过程,帮助评估其对环境污染的长期影响,从而制定有效的环境保护策略……
来源 | 余杭时报、北高峰观察