在实验室里实现“一眼万年一步千里”

图为超重力离心模拟与实验装置启动的首台离心机主机“CHIEF1300”。

9月29日，国家重大科技基础设施——超重力离心模拟与实验装置（简称“杭州超重力场”）在杭州迎来突破：其核心设备之一、世界最大容量离心机“CHIEF1300”正式开机运行。

“杭州超重力场”由浙江大学牵头建设，包含三台离心机主机及六座实验舱的18台机载装置，覆盖边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程与环境、地质过程、材料制备等关键研究领域。此次启用的“CHIEF1300”，其1300g·t（重力加速度·吨，指在100倍重力加速度下有效负载达13吨）的容量已超越美国保持的1200g·t纪录。容量分别为1500g·t和1900g·t的另外两台离心机“CHIEF1500”和“CHIEF1900”正在紧锣密鼓地安装建设中。

科学家通常将地球表面的重力加速度9.8米每平方秒称为常重力，超过时称为超重力。“CHIEF1300”正是通过半径长约6.4米的一双巨臂挥舞，带动两个吊篮高速旋转产生的离心力，模拟出10倍到300倍于地球重力的“超重力场”。科学家利用这种环境，能在实验室中以微小尺寸和极短时间，模拟再现真实世界中需漫长岁月或巨大空间才能完成的地质演变、重大灾难和极端现象。

项目首席科学家、中国科学院院士、浙江大学教授陈云敏说，这座建成后将成为世界上超重力离心机容量最大、实验舱功能最强的多学科科学实验设施，其核心能力在于“时空压缩”与“能量强化”。例如，在100倍重力加速度下，100米高的边坡对地基的应力效果可“缩尺”至1米高的装置模拟；数千年地质变迁可在实验室“缩时”至数天呈现；小型爆源在超重力场“强化”下能模拟大当量爆炸效果。

作为“国之重器”，“杭州超重力场”的建设面对巨大挑战，解决了一系列难题。项目总工程师、浙江大学求是特聘教授凌道盛说，预研阶段团队就梳理出48项关键难题，“小至轴承螺丝精度，大至转臂极端工况控制，每一项都需‘死磕’。”团队创造性地借鉴大型水轮机经验，采用上下两端支撑和先进三导液压轴承结构，解决了高速旋转稳定性难题。最终安装导轴承时，垂直误差被严格控制在0.05毫米内，相当于一根头发丝粗细。

英国物理学会主办的著名期刊《物理世界》专门发表评述，称该装置是“全世界能力最强的离心机”。