超重力离心模拟与实验装置国家重大科技基础设施简介

发布时间:2018-11-06浏览次数:235

超重力离心机是研究超重力条件下多相介质物质科学与工程技术的重要实验平台,是研究岩土体和地球深部物质大时空演变、加速物质相分离的必不可少实验手段。超重力离心机被称为革命性的工程工具,于1931年在美国哥伦比亚大学首次建成,60年代开始蓬勃发展。超重力离心机的发展呈现出试验对象模型尺度越来越大、机载装置越来越极端、离心机容量越来越大等特点。目前,世界上容量最大的美国陆军工程师兵团离心机容量已达1200 g・t,而我国正在运行的超重力离心机容量仅为400 g・t级。随着我国经济高速发展,千米尺度岩土体灾变、300米级高坝溃坝、核素地下万年历时迁移、千米级深地/深海工程灾变、百公里级地质构造演变、材料高通量制备等国家战略性领域的关键问题研究对高离心加速度、高负载的超大容量离心机提出了迫切需求。《国家重大科技基础设施建设十三五规划》将超重力离心模拟与实验装置(Centrifugal Hypergravity and Interdisciplinary Experiment Facility,简称CHIEF)列为十个优先项目之一。

CHIEF的科学目标是全过程观测超重力环境下岩土体、地球深部物质、合金熔体等多相介质的物质运动;揭示岩土体大时空演变与成灾、地质过程演变与成岩成矿、合金熔体超重力凝固的机制,为重大基础设施建设、深地深海资源开发、高性能材料研发等提供基础支撑。

CHIEF的工程目标是建成国际上容量最大的超重力离心模拟与实验装置,离心加速度和负载可控可调,离心机容量达1900 g•t,最大离心加速度达1500 g,最大负载达32吨。构建从瞬态到万年时间尺度、从原子级到千米级空间尺度、从常温常压到高温高压等多相介质物质运动的实验环境,具备边坡与高坝、岩土地震工程、深地/深海工程、地质过程、材料制备等超重力实验条件,形成单次实验再现岩土体千米尺度演变与灾变、污染物万年历时迁移及获取千个种材料共晶成分的能力。

CHIEF主要建设重载超重力离心机和高速超重力离心机,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六座超重力实验舱,以及超重力试验保障系统和配套设施

设施主要技术指标国际领先。重载超重力离心机:离心加速度范围50~350 g,容量1300 g×t,最大负载3.7~26 t;高速超重力离心机:离心加速度范围500~1000 g,容量1200 g×t,最大负载1.2~2.4 t。边坡与高坝实验舱:离心加速度100 g,最大降雨强度300 mm/h,温度-10~30℃,湿度30~95%;岩土地震工程实验舱:离心加速度50 g,最大振动加速度20 g,振动能力60 g・t;深海工程实验舱:离心加速度150 g,压强15 MPa,开采井压强5 MPa;深地工程与环境实验舱,离心加速度300 g,边界水压0~2.9 MPa,污染源最大水压3.0 MPa;地质过程实验舱:离心加速度900 g,压强1.8 GPa,温度1000℃,样品尺寸ϕ8×10 mm;材料制备实验舱:离心加速度1000 g,熔化区高度300mm、直径20 mm,温度1200℃,升温速度20 /min3区独立加热和控温。

项目法人单位浙江大学,主管部门教育部和浙江省人民政府。项目总投资暂定203434万元,国家投资178434万元,浙江省配套25000万元。该设施占地89亩,选址位于浙江省杭州市未来科技城,建设周期预计5年。

超重力离心模拟与实验装置将填补我国超大容量超重力离心机的空白,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和基础条件支撑。