地下700米深处建造世界最大中微子探测器
2021-01-15 07:55
来源: 深圳特区报

地下700米深处建造世界最大中微子探测器

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将安装国际上最大超高纯净度液闪探测器

江门实验整个工程建设包含地面、地下两部分。地面建筑包括装配大厅、绞车房、地上动力中心等;地下建筑包括斜井、竖井、实验大厅(即中心洞室)、附属洞室。目前,地面建筑以及地下实验大厅的两个入口——1267米的斜井、564米的竖井已完成建设。

实验室配套基建工程项目经理戚敬师介绍说,地下实验大厅是一个跨度达50米的中心洞室,从大厅挖下去的水池有46米深,从大厅向上挖到穹顶处为27米,整个洞室总高73米。洞室穹顶全依靠山体岩石自身的稳定性来支撑,穹顶到地面不能有任何柱子支撑;水池内面衬砌需要用混凝土进行浇筑,这相当于给一座十二、三层楼高的楼体墙面浇筑,并要做到不能有渗透、漏水。此外,地下体感温度超30℃,大量地下水随时喷涌。在这种高温高湿状态下施工,其难度可想而知。可喜的是,2020年末,实验水池施工已基本完成,开始进入基建电气设备安装阶段。

“你看到的所有基建,全是为了中微子探测器服务,它才是捕获中微子的武器。”李小男透露,未来,探测器关键部件——有机玻璃球,以及在水池中支撑玻璃球的不锈钢网架生产出来后,会运到地面的装备大厅简单组装,再通过斜井运往地下水池完成拼装,最后通过竖井从地面将高纯水灌满已经放置了有机玻璃球探测器的水池。

探测器如何捕获中微子?李小男介绍,探测器里装满透明的液体闪烁体(简称“液闪”),液闪主要成分是用来制作洗衣粉的化工原料烷基苯。当捕获中微子时,液闪将发出微弱的闪光,闪光被安装在探测器表面的类似灯泡的光电倍增管捕捉,并将微弱的光信号转换成电信号,通过计算机再转换成数字信号后就可为科研所用。

值得注意的是,江门实验的探测器可容纳重量达2万吨的液闪,比大亚湾实验的20吨大了整整1000倍;同时,探测器的关键部件有机玻璃球直径达35.4米,为国际最大;不锈钢网架直径也长达40.1米。建成后它将成为国际上最大、拥有国际最好能量精度与超高纯净度的液闪探测器。

未来,这个大型探测器表面将铺满近1.8万个20英寸直径的圆形光电倍增管,在这些光电倍增管之间形成的缝隙空间再铺设3万个小型光电倍增管,以使探测器表面尽可能多地覆盖大小光电倍增管,从而能捕获到更多的中微子。目前江门实验的探测器光电倍增管覆盖率设计达到78%。从《江门中微子探测器示意图》可以看到,整个探测器若一颗金黄闪亮的玻璃球。

探测器的容量扩大是为了能够捕捉到更多的中微子事例,但也为前期的建设带来了巨大难题,比如:对液闪透光度的把握、有机玻璃球的制作、大尺寸光电倍增管的研发等都是巨大的考验。“在大亚湾实验室直径5米的探测器中,中微子的光子只用跑5米就能被光电倍增管捕捉;但在这个35米直径的探测器中,中微子的光子至少要能够在液闪中跑20米,这需要极高的透光度。”李小男表示。

目前,探测器研制的诸多关键技术难题均已攻克,比如高性能的液体闪烁体已完成中试研究。李小男说,预计2021年中将完成基建施工并开始探测器的整体安装,2023年开始运行取数。

[编辑:贺昕]