美國明尼蘇達(dá)州蘇丹地下實(shí)驗(yàn)室

文 / 劉小慧 劉伯英

美國明尼蘇達(dá)州蘇丹地下實(shí)驗(yàn)室曾是廢棄的蘇丹鐵礦，該礦被稱為是明尼蘇達(dá)州最古老、最深也是最富有的鐵礦。

十九世紀(jì)末，在明尼蘇達(dá)州北部尋找黃金的探礦者在這個(gè)地方發(fā)現(xiàn)了豐富的赤鐵礦脈，含鐵量超過65%。1882年，此地開始運(yùn)作露天礦山，到1900年，出于安全的考慮，開始進(jìn)入地下采礦。1962年采礦活動(dòng)結(jié)束時(shí)，蘇丹礦被美國鋼鐵公司奧利弗鐵礦部門持有。當(dāng)?shù)V井關(guān)閉時(shí)，正在開發(fā)第27級(jí)，即地面以下713.5米處。

1．蘇丹鐵礦地上的井架（圖片均來自網(wǎng)絡(luò)）

2．蘇必利爾湖區(qū)域鐵礦分布范圍

3．CDMS Ⅱ（低溫暗物質(zhì)研究實(shí)驗(yàn)Ⅱ）

1．MINOS中微子實(shí)驗(yàn)室（圖片均來自網(wǎng)絡(luò)）

蘇丹礦所使用的開采方法被稱為“隨挖隨填”，在開采礦井天花板的同時(shí)，以相同的速度使用伊利綠石和其他廢石人為地墊高地板。這樣，地板和天花板之間總是有3～6米的距離，而且廢石都得到了回收。由于赤鐵礦地層的強(qiáng)度和包圍它的綠石的柔度，這種技術(shù)特別適合用于蘇丹礦這樣穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

蘇丹地下礦山公園位于弗米利恩湖南岸，被列入美國國家史跡名錄。公園由自然資源部管理，地面建筑物向公眾開放，在夏季，每天都可以到礦山游覽。參觀者通過八十年代的電動(dòng)起重機(jī)下降到地下713.5米的最低點(diǎn)，在那里，有兩條游覽線路可供選擇：一個(gè)是探索歷史上的采礦設(shè)施，另一個(gè)是參觀著名的地下物理實(shí)驗(yàn)室。

2．弗米利恩湖

3.蘇丹地下礦山公園

1965年，美國鋼鐵公司捐贈(zèng)出蘇丹礦，用于明尼蘇達(dá)州的教育事業(yè)。20世紀(jì)80年代，明尼蘇達(dá)大學(xué)的科學(xué)家開始開發(fā)蘇丹礦作為敏感物理實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所。目前該實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行兩個(gè)大型項(xiàng)目，MINOS和CDMS Ⅱ，前者是為了調(diào)查難以捉摸、知之甚少的中微子，后者則是可能有助于解釋如何形成星系的暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)。MINOS和CDMS Ⅱ是非常敏感的儀器，用于尋找盡可能多的罕見粒子，而宇宙射線會(huì)完全掩蓋這些粒子，因此實(shí)驗(yàn)室之上厚厚的地層屏蔽了所有這些宇宙射線，提供了更純凈的研究環(huán)境。2011年，蘇丹實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的MINOS中微子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一種類型的中微子正在變化成為另一種不同類型。中微子是無電荷、無質(zhì)量的粒子，具有三種類型：電子中微子、μ中微子和τ中微子，該實(shí)驗(yàn)室是世界首次記錄μ中微子轉(zhuǎn)變成為電子中微子的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室之一。

4．蘇丹地下礦山公園

5．游客乘坐小火車進(jìn)入礦井隧道

2011年3月17日25級(jí)主軸曾爆發(fā)火災(zāi)，使用7萬加侖泡沫才消滅了火情，由于從地板到天花板都充滿了致密泡沫，需要對(duì)底部（27級(jí)）進(jìn)行重點(diǎn)清理。2011年夏天的礦山游覽活動(dòng)暫時(shí)關(guān)閉，但地面旅游和信息中心依舊開放。2012年5月26日地下旅游恢復(fù)正常。

本文得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“既有工業(yè)建筑非工業(yè)化改造技術(shù)研究”課題的資助（2016YFC0701308）