中国建成全球最强超重力离心机CHIEF1900,达1900倍地心引力,可加速模拟千年地质与工程过程。
位于浙江大学地下约50英尺(15米)深处的超重力离心模拟与实验装置CHIEF1900已正式启用。该设备由上海电气核电集团承建,总投资约2.85亿美元(约合20亿元人民币),是目前世界上能力最强的超重力实验平台,可产生高达1900倍地球重力的离心加速度,显著超越此前由美国陆军工程兵团在密西西比州维克斯堡基地保持的纪录。
技术参数刷新世界纪录:1900g、深埋地下、2.85亿美元投入
CHIEF1900的核心性能指标为1900 g·吨,即离心加速度与有效负载质量的乘积达到1900倍标准重力单位。这一数值远超美国陆军工程兵团离心机约1200 g·吨的能力,成为当前全球最强的超重力实验装置。整套设施被建造在地下50英尺深处,以最大限度减少地面振动对高精度实验的干扰,并保障运行安全。项目总投入约为2.85亿美元,涵盖土建、机械系统、温控装置及多学科实验舱的集成建设。
该设施隶属于中国“超重力离心模拟与实验装置”(CHIEF)国家重大科技基础设施项目,旨在为岩土工程、地质学、环境科学等基础研究提供极端条件下的实验平台。
科学用途聚焦“时间压缩”:大坝应力、污染物迁移、地质演化均可加速模拟
CHIEF1900的核心科学价值在于其“压缩时空”的能力。通过施加超高重力场,研究人员可在实验室尺度上快速复现自然界需数十年甚至上千年才能完成的过程。例如,在土木工程领域,一个3米高的水坝缩尺模型在100倍重力下旋转,所承受的应力等效于现实中300米高大坝在正常重力下的长期荷载响应。类似方法可用于模拟高速铁路路基在长期运营中的沉降、地下隧道在地震作用下的稳定性,或边坡在暴雨条件下的滑移风险。
在环境科学方面,科学家可利用该装置加速研究重金属或有机污染物在土壤和地下水中的扩散路径——原本需千年观测的现象,可在数小时内完成等效实验。此外,地质过程如沉积压实、断层演化、火山灰沉降等,也可通过超重力条件进行可控再现,为资源勘探与灾害预警提供数据支撑。
工程实现面临三大挑战:热管理、真空冷却与振动控制缺一不可
将离心机性能提升至1900 g·吨级别,带来了前所未有的工程技术难题。
首先,高速旋转的臂架在极限工况下产生巨大摩擦热,若不及时散热,会导致材料膨胀变形,破坏动平衡。为此,CHIEF1900采用了一套复合式温控系统:在离心舱内建立部分真空环境以降低空气阻力与热对流,同时嵌入高效冷却回路,通过循环低温介质带走关键部件热量,并辅以外部通风调节整体温度场。
其次,整机对振动控制要求极高。哪怕旋转臂两端存在微小质量偏差,高速运转时也会引发剧烈共振,不仅影响实验精度,还可能危及设备结构安全。
因此,从转子制造到装配调试,均需达到微米级动平衡精度,并配合地下隔振基础与实时监测系统,确保运行平稳。
这些技术突破体现了多学科协同——机械工程解决传动与轴承问题,土木工程设计抗震基座,环境工程优化热排放,共同支撑起这一国之重器的可靠运行。
明确超越美国纪录:从1200 g·吨到1900 g·吨的跨越式领先
在CHIEF1900启用前,全球最强超重力离心机由美国陆军工程兵团位于密西西比州维克斯堡的设施保持,其最大能力约为1200 g·吨。该装置长期服务于军事土工结构、堤坝安全及爆炸效应模拟等研究。而CHIEF1900不仅在数值上提升近60%,更在实验灵活性、多舱室并行能力及智能化控制方面实现代际升级。
值得注意的是,中国在此领域的进展极为迅速——2025年9月刚启用CHIEF1300(1300 g·吨),仅数月后便推出性能更强的CHIEF1900,显示出系统化科研基建的高效推进能力。这一跨越不仅体现在硬件参数上,更标志着超重力实验从“区域性工具”向“国家级平台”的转变。
设施面向全球开放:国际研究人员可申请使用
尽管由中国主导建设并投入巨资,CHIEF1900明确向国际科研界开放。官方表示,符合条件的海外高校、研究机构及跨国合作团队均可提交实验申请,经评审后使用该设施开展前沿研究。这一开放政策旨在促进全球科学共同体在极端物理环境模拟领域的知识共享与技术协作,避免重复投资,提升大科学装置的使用效率。
设施位于浙江大学校园内,便于整合学术资源,同时通过标准化接口支持多国实验设备接入,为未来形成国际超重力研究网络奠定基础。