这座超级实验室专治材料“水土不服”！

光明新闻全媒体记者林彦君通讯员陈潜文/图

近期，位于光明区新湖街道大科学装置集群核心区的特殊环境材料器件科学应用研究装置（简称“特殊环境材料装置”）正开展设备招标采购工作，这一进展标志着这一重要科研设施的建设稳步推进。按照规划，该装置预计2029年建成，它从立项之初就肩负着一个重要使命——破解材料在特殊环境下的“水土不服”难题。

▲光明区鸟瞰图。

在日常生活中，材料支撑着现代科技发展，但很多材料在离开地面环境，进入太空、深海或核反应堆等特殊环境时，常会出现问题：在地面上好好的材料，一上天就“死机”，一下海就生锈，一进核反应堆就变脆。在光明科学城，这座正在建设的实验室就专门解决这类问题。

▲光明区鸟瞰图。

特殊环境材料装置是深圳“十四五”规划中重点建设的“超级实验室”，坐落于光明科学城。它的核心任务是在地面精准模拟太空、深海、核反应堆等特殊环境，成为破解材料性能的万能模拟器。

从产业需求来看，深圳正打造全球卫星及产业创新高地、全球海洋中心城市，广东作为核能大省也需保障核电安全，这些都需要材料在特殊环境下稳定发挥作用。而大量企业缺乏特殊的考核环境，且无力承担高额投入，因此由政府牵头建设这一装置，集中解决产业问题，同时研究如何改善材料性能、延长使用寿命，为空间和海洋领域探索开发提供基础研究和关键技术支撑。

特殊环境有多特殊？

太空、深海、核反应堆等环境对材料的考验极大：

太空环境中，高能质子形成粒子雨会击穿芯片，引发“单粒子效应”，简单理解就是辐射粒子把芯片里存储的信息打乱，导致死机，这是卫星电子元件的核心风险。比如普通手机进入太空，可能因芯片被击穿而无法开机。

深海环境里，12000米水深的高压，加上海水温度、盐度、溶解氧等的复杂变化，会导致深海石油平台的钢铁骨架出现腐蚀裂纹。传统设备只能模拟压力，无法实时观察材料内部变化。

核反应堆环境中，破坏力极强的中子会对核材料比如四代核电站用的铅铋合金，造成内部结构变坏或者材料强度下降，这就是大家所说的“辐照损伤”。新型核材料须在高温高压核强辐射下长期工作，传统入堆测试要8到10年，严重影响技术迭代速度。

这些特殊环境的复杂条件，普通实验室难以模拟，而材料在其中的表现，直接关系到航天器安全、深海平台稳固和核电站效率。

▲实验室中的海洋环境模拟与研究系统在实验室模拟深海环境，聚焦于材料的腐蚀和失效问题，集成了海洋环境主要因素。

装置如何高效运行？

装置的高效运转离不开技术支撑：

在材料制备中，机器人可按配方自动配样、熔炼，结合机器学习优化材料设计，减少人为误差，提升结果可靠性。

信息处理系统能实时监控设备状态、能耗，收集实验数据建立数据库，通过机器学习挖掘材料性能规律；同时严格管控辐射安全，通过分区管理、安全连锁等方式确保安全。

为何需建这座超级实验室？

●降低企业成本

一套深海腐蚀设备造价高达数千万元，普通企业难以承担。该装置由政府牵头建设，可集中资源供企业共享，减轻企业负担。

●制定中国标准

过去，深海工程标准多参考欧美，航天器件认证依赖国外。如今，装置可通过海量实验数据形成中国标准，从团体标准到国家标准逐步完善，让深圳智造在特殊环境材料领域掌握话语权。

目前，这座超级实验室建设正在加快推进。建成后，它将成为全球规模最大、功能最全、最先进的特殊环境材料测试平台，为光明科学城再添一项“国之重器”。它的落成，将显著增强光明科学城作为重大科技创新平台集群的整体能级。

▲实验室建成后将助力深圳的商业航天发展。

当前，合成生物研究、脑解析与脑模拟、材料基因组三大科学设施已建成启用，国家超算深圳中心二期、鹏城云脑Ⅲ等算力设施建设提速，南科大光明高等研究院、兰州大学深圳研究院等4家大院大所及深圳医学科学院（与深圳湾实验室一体化运作）陆续投用。随着在建与运营的重大科技创新载体总数达到22个，光明科学城已从大规模建设阶段迈向建设与运营并重的新阶段，能效持续提升。

实验室如何“造”出特殊环境

为应对特殊环境对材料的考验，特殊环境材料装置通过模拟不同特殊环境：

●空间环境模拟：测试卫星材料抗辐射能力

为让卫星器件承受太空辐射，装置配备质子回旋加速器。它能发射类似太空环境的高能质子束，对卫星芯片等器件进行辐射测试，检验其抗辐射能力。同时，装置还建立了专门的快速评测产线，可快速完成合格器件的认证。打个比方，一块400元的普通商用电脑CPU芯片，如果在这里试验通过了，证明它能抗住太空辐射，就能代替市场价900万元一块的“宇航级”专用芯片，这能为国家计划发射的1.4万颗商业卫星省下一大笔经费，助力深圳卫星产业发展。

此外，这台加速器还能批量生产医用核素如PET用的氟-18，未来可能生产锕-225、铜-64等稀缺癌症诊疗核素，为疾病诊疗提供支持。

●海洋环境模拟：研究深海材料腐蚀与修复

针对深海环境，装置能精准模拟万米水深的压力，以及海水的温度、盐度、溶解氧、酸碱度等，相当于在实验室里复刻了微型深海。

同时，装置配备原位CT、原位拉曼等设备，相当于一台超高清摄像头，可实时观察材料在一台超级高压锅（高压釜）中的变化，包括腐蚀裂纹的产生、扩大及腐蚀产物的堆积，改变了传统事后分析的模式。

装置还建有专用水池，配备水下焊接、3D打印设备，用于水下机器人（ROV）的训练，使其能完成深海管道、装备的修复等高难度动作，为南海矿产开采、深海空间站建设提供技术支持。

●核反应堆环境模拟：缩短核电材料测试时间

为解决核电材料测试周期长的问题，装置采取了多项措施：

用重离子加速器模拟核反应堆中中子的破坏效应，替代真实反应堆进行材料测试。

借助透射电镜、扫描电镜等设备，实时捕捉并清晰呈现材料在辐射下的内部损伤过程，比如：内部微小的骨架（晶格）是怎么扭曲、错位的；小气泡（空洞）是怎么产生并长大的；细微裂纹又是如何萌生和扩展的。