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纪律铸就丰碑 匠心点亮星空 ——记中国能建华北院"锦屏大设施"设计铁军

在浩瀚宇宙的深邃图景中,人类所能认知的物质仅占微不足道的一隅,研究发现,暗物质、暗能量才是宇宙的主角,它们占据了宇宙物质总量的95%以上,探测暗物质将为人类认识宇宙带来革命性的突破。为实现这一突破,中国锦屏地下实验室应运而生。

中国能建华北院有幸开展了中国锦屏地下实验室二期极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施(简称"锦屏大设施")的主体设计。这也是华北院继参与打造"中国天眼"和白鹤滩水电站工程之后,设计的又一个重大科技基础设施项目。

然而,建立一个全球辐射环境"最纯净"的地下实验室,需要安全稳定、辐射本底受控的实验空间。华北院有这样一支设计团队,在公司党委深耕不辍的政治引领与纪律锻造下,他们将严明的纪律转化为攻坚克难的凝聚力与执行力,凭借过硬的政治素养与工作作风,勇担使命,肩负起设计"锦屏大设施"这一大国重器的千钧重担。面对极深、复杂、错杂的地下空间,这支队伍群策群力、不畏挑战、攻坚克难,开展专题调研,深入研究实验室地理位置极深、地下环境复杂、地下空间错杂的特殊性,提出的创新设计方案有效解决了深地环境的防水抑氡、本底控制、超规消防、空间洁净等一系列前所未有的工程难题。这项伟大工程的背后是这支队伍将时代要求所赋予的政治素养与纪律意识,内化于心铸忠诚、外化于行担使命的生动体现,为祖国的暗物质探测事业,点亮了那盏最纯净的"追光"之灯。

消防设计,于地心迷宫开辟生命通道。"锦屏大设施"地下结构错综复杂,内部有近100米的高差,需要通过多层连接的9公里长隧道才能将人员疏散至室外地面。受地下空间所限,烟气无法直接排向室外环境。面对消防设计难题,设计团队创新开展了消防安全性能化设计和火灾防控关键技术的研究。首次提出了防火控制区、分阶段疏散、设置避难空间等独特的安全方案和策略,并对设计方案进行了定性和定量分析评估,满足了实验室使用功能和人员安全的需要,并形成创新研究成果,弥补了极深地下科学设施消防设计领域的空白,为国内外类似工程的消防设计提供了开创性实践参考。

防水抑氡,为"纯净"空间穿上"铠甲"。该项目山体覆盖高度超过2000米,山体内部地下水丰富,地下空间内壁渗水的渗透性强、水压力大、渗水量大、渗漏点多且分布无规律,溶于渗水的氡气对暗物质探测的高精度装置影响尤为严重。这是一场与无形之敌的较量。设计团队秉持"以排为主、以防为辅、防排结合、多道设防"的缜密策略,创造性地提出了深地洞室岩壁防水抑氡复合防护方案,在洞室内壁镶嵌十层复合构造层,完全阻隔了山体渗水,有效阻挡了岩层中析出的氡气,建成后实测岩体中释放的氡气有99%被隔绝在实验空间外,环境空气氡浓度达到国际地下实验室最低水平。

纯净设计,打造恒温恒湿洁净的"世外桃源"。该项目原始地下空间湿度大、通风不畅、氡浓度高,对实验空间的洁净要求会产生严重干扰。团队再次迎难而上,首创了"净化除湿空调和低温吸附除氡"耦合系统。通过引入10公里洞外新风,经新风系统循环置换带走空气中少量析出的氡,再由组合式转轮除湿净化空调系统去除空气中的水蒸气、颗粒物,消除氡附着的载体,最后由低温吸附除氡耦合系统进一步消除空气中的微量氡,这一系列环环相扣的"组合拳",最终锻造出超洁净、恒温恒湿、超低氡浓度的空间环境。工程建成后,实现氡浓度均值稳定在10Bq/m³以内的理想水平。

避除辐射,构筑捕捉"微光"的终极屏障。为了实现全球辐射本底最低的地下实验室,设计团队通过建造辐射屏蔽装置进一步降低辐射本底,获得极低γ通量的探测环境。采用液氮作为屏蔽体,将约1000个公斤级的点电极高纯锗探测器阵列放置在液氮中心位置,利用液氮屏蔽,将高纯锗阵列外围的本底降低到10-6cpkkd@2keV。超纯水作为屏蔽体可以阻挡环境中的γ射线和中子,将氙探测器放置在超纯水中心位置,装置核心区辐射本底低于10-5cpkkd@2MeV。特种聚乙烯块搭建成外部屏蔽仓,内部采用高纯无氧电解铜和低本底铅等作为屏蔽材料,形成不同组合式固体辐射屏蔽装置,从而实现环境辐射本底小于10-4cpkkd@2MeV。

暗物质和暗能量被科学家们比作"笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云",由中国能建华北院主体设计的"锦屏大设施"顺利建成,将成为刺破这层迷雾最锐利的"探针"。当我们抬头仰望星空、感叹宇宙的浩渺时,不应忘记,在2400米的地心深处,安放着一颗由华北院设计团队匠心铸就、用纪律守护的"中国眼睛",它正以无比的纯净与敏锐,捕捉来自宇宙最幽微的讯号。今日之所成,绝非终点。华北院的设计工作者们,将以严明纪律、清澈初心与澎湃激情,勇担国家使命,在不断的求索中拥抱星海、破解宇宙终极秘密。