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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點(diǎn),為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【中國科學(xué)報】當(dāng)好大科學(xué)裝置選址“偵察兵”

2018-06-11 中國科學(xué)報 高雅麗
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專家在中國散裂中子源場址大朗鎮(zhèn)水平村南現(xiàn)場勘查。

  大科學(xué)裝置以獨(dú)具的科研條件資源,成為全球領(lǐng)軍人才的聚集地、全球重大原創(chuàng)科技成果的誕生地和解決全球重大科學(xué)問題的平臺。在土地資源日益緊張的情況下,大科學(xué)裝置的場址選擇受到多種因素制約影響,如何能為大科學(xué)裝置選一個合適的“落戶地點(diǎn)”,成為擺在科學(xué)家面前的一道難題。

  在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所頁巖氣與地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正有這樣一支研究團(tuán)隊,他們在研究員尚彥軍的帶領(lǐng)下,不斷解決大科學(xué)裝置場址選評問題。不久前,中國散裂中子源(CSNS)項(xiàng)目建設(shè)單位中國科學(xué)院高能物理研究所發(fā)來感謝信,對地質(zhì)地球所十多年來為CSNS作出的重要貢獻(xiàn)給予高度評價。

  從5處場址脫穎而出的大朗鎮(zhèn)

  中國散裂中子源是位于國際前沿的高科技、多學(xué)科應(yīng)用的大型研究平臺,是發(fā)展中國家的第一臺、世界四大散裂中子源之一。

  早在2007年,受中國科學(xué)院高能物理研究所委托,尚彥軍及副研究員金維浚帶領(lǐng)團(tuán)隊承擔(dān)了中國散裂中子源工程選址工程地質(zhì)勘查研究項(xiàng)目。

  尚彥軍對《中國科學(xué)報》記者說:“中國散裂中子源靶站作用在地基上壓強(qiáng)1兆帕,要求隧道底板不均勻沉降小于每年0.5毫米、靶站地面不均勻沉降小于每年0.2毫米。因此,散裂中子源對工程地質(zhì)條件的要求及把控極為嚴(yán)苛,甚至高于高鐵的建設(shè)要求。”

  散裂中子源系統(tǒng)裝置建設(shè)主要包括一臺直線加速器、一臺快循環(huán)同步加速器、一個靶站和一個散射大廳,根據(jù)裝置概念設(shè)計對工程建設(shè)場地的整體要求,當(dāng)?shù)赝扑]選取了廣東東莞5處場址。

  在資料查閱及分析的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊多次對場址進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研、走訪和踏勘,綜合比選后推薦大朗鎮(zhèn)水平村南作為散裂中子源的場址方案。

  “選定場址以后,我們又經(jīng)過地質(zhì)勘探、室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)等多種手段,驗(yàn)證了我們對大朗鎮(zhèn)水平村南場址為建議場址的正確性?!鄙袕┸娬f。

  大朗鎮(zhèn)水平村南在地貌上為渾圓山體丘陵地形,基巖埋深小,地形上處于分水嶺部位。

  “起初規(guī)劃場址有一處大的風(fēng)化囊,場址南部有一個小山包,場地開挖存在地基不均勻沉降、南部高邊坡長期暴雨等潛在風(fēng)險。后來經(jīng)過多次論證,我們將對場地要求最高的、最重要的設(shè)施,即靶站及譜儀大廳做了180°旋轉(zhuǎn),而不放在高陡邊坡下。”尚彥軍告訴記者。

  散裂中子源工程于2012年5月開工建設(shè),2018年3月通過中科院組織的工藝鑒定和驗(yàn)收,性能全部達(dá)到或優(yōu)于批復(fù)的驗(yàn)收指標(biāo)。

  全力保障大科學(xué)裝置“落戶”

  研究團(tuán)隊近些年來先后承擔(dān)了我國中微子實(shí)驗(yàn)室、高海拔宇宙射線、北京先進(jìn)光源、核嬗變系統(tǒng)(CIADS)與重離子加速器(HIAF)等大科學(xué)裝置選址和建設(shè)有關(guān)的科研服務(wù)工作,地質(zhì)工程理論研究同大科學(xué)裝置選址及建設(shè)緊密結(jié)合并取得了系列科研成果,成為了頁巖氣與地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的主要學(xué)術(shù)方向之一。

  尚彥軍說:“大科學(xué)裝置的場址選擇作為新生事物,并沒有現(xiàn)成的規(guī)范。我們克服技術(shù)困難,一靠多年的工程經(jīng)驗(yàn)積累,二靠多學(xué)科和多專業(yè)交叉融合,解決一些非常規(guī)難題,當(dāng)好大科學(xué)裝置選址的‘偵察兵’?!?/p>

  由于大科學(xué)裝置主要是進(jìn)行高科技或者精細(xì)科學(xué)研究,除對工程建設(shè)場地要求更高以外,還具有一定的特殊性要求。

  高海拔宇宙射線觀測站要求選在4000米以上高海拔、氣象條件好、地質(zhì)條件好的高山夷平面上,單高海拔這一項(xiàng)要求,就將場地限定在了西南及西北高山地區(qū),而氣象和地質(zhì)條件好的高山夷平面,更是不容易尋找。

  金維浚說:“2012年至2013年我們兩次對香格里拉縣平均海拔4300米的石卡山進(jìn)行了為期1個多月的現(xiàn)場勘查,由于高原反應(yīng)嚴(yán)重,團(tuán)隊成員沒有多余力氣走路,只能靠馬馱著進(jìn)行勘探。”

  為了屏蔽掉大氣及地下淺層對試驗(yàn)有干擾的粒子,中微子實(shí)驗(yàn)室需要建設(shè)在巖體質(zhì)量好的深埋地層。不僅如此,它還要求場地地質(zhì)條件好、周圍不能有輻射。由于開挖及深埋,在工程建設(shè)中會面臨高地應(yīng)力、巖爆、突涌水等各種突發(fā)問題,這就要對場址的工程地質(zhì)條件作出精確的判斷。

  “一般工程勘探情況下用一種物探方法就夠了,但中微子實(shí)驗(yàn)室我們用了至少4種方法勘探,甚至還用上了最先進(jìn)的物探儀器。一開始美國專家不信任我們,每次工作都有人跟著,但長期工作下來,我們的技術(shù)和精神贏得了他們的尊重?!鄙袕┸娬f。

  以工程建設(shè)帶動學(xué)科發(fā)展

  在服務(wù)大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)隧道、中國散裂中子源場址等8個大科學(xué)裝置場址選評過程中,研究團(tuán)隊的勘查研究及建設(shè)期技術(shù)咨詢服務(wù),保證了工程建設(shè)順利進(jìn)行,同時取得了豐碩的科研成果,培養(yǎng)了理論緊密結(jié)合重大工程實(shí)踐的地學(xué)人才。

  在工程建設(shè)過程中,研究團(tuán)隊揭示了地質(zhì)條件與工程的多因素相互作用、不良地質(zhì)體的滯后破壞、巖體結(jié)構(gòu)動態(tài)演化等規(guī)律,提出了工程調(diào)控的“巖觀法”,構(gòu)建了嚴(yán)苛條件下工程場址優(yōu)選與動態(tài)調(diào)控理論框架,地質(zhì)條件合理利用與工程方案優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了良性互動。

  依托散裂中子源這項(xiàng)國際前沿工程,研究團(tuán)隊不斷獲取遞進(jìn)式勘查—設(shè)計—施工建設(shè)和精細(xì)探測數(shù)據(jù),10年來先后培養(yǎng)了4名地質(zhì)工程博士生,取得的成果成為2014年中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會科技進(jìn)步獎一等獎的重要支撐材料之一。

  尚彥軍說:“未來我們將更緊密結(jié)合大科學(xué)裝置工程實(shí)踐和嚴(yán)苛要求,以玉雕師的態(tài)度,發(fā)揮工匠精神,做到場盡其用,充分利用有限的地質(zhì)場地和研究程度不等的地質(zhì)信息,從信息化、可視化和智能化,拓展和發(fā)展工程地質(zhì)和水文地質(zhì)專業(yè),培養(yǎng)信息智能創(chuàng)新型人才?!?/p>

  與此同時,研究團(tuán)隊將推動大科學(xué)裝置標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化地質(zhì)勘查工作,集成和量化地質(zhì)條件,將地質(zhì)和工程相互作用、和諧發(fā)展,在滿足大科學(xué)裝置目標(biāo)的同時,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,發(fā)展科普旅游和地質(zhì)觀測基地建設(shè)。

 ?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2018-06-11 第6版 院所)

打印 責(zé)任編輯:侯茜

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