世界最大!地下700米的“玻璃球”,有四万五千个“灯泡”→
中微子是宇宙形成之初就存在的最古老、最原始的基本粒子,携带着非常多的重要神秘信息,研究中微子对于认识宇宙和现存的世界物质都具有重要意义,这也是国际最前沿的基础科学。中微子难以探测,需要巨大的探测器。10月11日,位于地下700米的大科学装置——江门中微子实验建设取得重要进展。往下看,一同了解↓
01
地下700米铸国之重器
捕捉“幽灵粒子”
江门中微子实验以测量中微子质量顺序为首要科学目标,并进行其它多项重大前沿研究,其核心探测设备位于地下700米的实验大厅内44米深的水池中央,由直径41米的不锈钢网壳、直径35.4米的有机玻璃球,以及2万吨液体闪烁体、45000只光电倍增管等关键部件组成。
目前,江门中微子实验中心探测器最内层的有机玻璃球已合拢,外层的不锈钢网架和光电倍增管也在有序合拢中,预计11月底完成全部安装任务,并启动超纯水、液体闪烁体的灌装,2025年8月正式运行取数,预计运行约30年。
这个装置为啥要建在地下700米?中微子极其微小、不带电,很难与其他粒子发生碰撞,地下为中微子探测提供了绝佳环境。数百米的岩层能够屏蔽宇宙线等各种射线粒子的干扰,但中微子可以轻易抵达。
江门中微子实验有机玻璃球内径35.4米,由263块12厘米厚的烘弯球面板和上下烟囱粘接而成,有机玻璃净重约600吨,是世界最大的单体有机玻璃球。
有机玻璃球作为探测中微子的靶物质液闪的容器,将承载20000吨液闪,同时整个球体置于纯水中运行,运行中需要长期承受约3000吨的浮力,该受力通过有机玻璃节点、连接杆和不锈钢节点传递到不锈钢网壳主结构上,在连接杆上装有传感器进行受力监测。特殊设计的不锈钢结构预埋入有机玻璃中作为有机玻璃节点,经过反复设计优化和上百次试验最终获得超高承载能力,并且部分不锈钢节点采用碟簧设计方案,有效改善了有机玻璃节点的受力分布。
02
大科学装置的后续建设
还有哪些重要节点?
江门中微子实验总工程师 中国科学院高能所正高级工程师 马骁妍:在有机玻璃球外,工作人员正在对不锈钢网壳底部进行最后的收尾工作。这个球形的网架结构,直径约41米,是中心探测器的主支撑结构。现场对环境的洁净要求非常高,这个结构用了12万套特制不锈钢高强铆钉,实现了无焊接现场拼装和组装。
沿着不锈钢网壳往上看,会发现它的内壁有序排满了很多金灿灿的像灯泡一样的东西,这是探测器上非常关键的设备之一——光电倍增管,也称黄金瞳。它就像探测器的眼睛一样,负责捕捉来自有机玻璃球里面产生的中微子信号,目前,光电倍增管已安装完成90%,预计下个月全部安装完成。
经过允许,记者沿着有机玻璃球的外部软梯,攀爬到了有机玻璃球的顶部,独家探访了光电倍增管的“黄金世界”↓↓
数百人在这里,工程挖了7年,地下又建了3年,才建造出这么独特的大科学装置,期待它尽早产出科学研究成果。
03
走!探访地下700米的国之重器
建在地下700米深处的这个大科学装置有哪些特点?山体下的地下实验室究竟如何抵达?戳视频,跟随镜头去地下深处一探究竟↓
通往地下700米中微子实验装置的隧道全长1200多米,最陡的地方大概有20多度。下去一趟大概10多分钟,工作人员每天靠小火车往返。
为何把中微子实验的装置建在这样一个地方?马骁妍解释,我们研究的是核反应堆产生的中微子,这边距离阳江核电站和台山核电站都是53公里,对于探测来说位置很好。另外,这里还有高山屏蔽,且地质条件符合建造地下洞室。
江门中微子的实验大厅内部,跨度达到了50米左右,是目前国内最大跨度的地下岩洞。它的中心探测器四周是直径和深度约44米的水池,内部是一个大球。大球分为内外两层,外部是不锈钢网壳,内部就是目前已经实现合拢的世界最大的单体有机玻璃球。
马骁妍介绍,这个探测器是世界上最大的液体闪烁体中微子探测器。最外面是地磁屏蔽线圈、白色的反射膜,和朝外的2000多支光电倍增管。水池壁上有成千上万根线缆连到两边的电子学间,对探测器的信号进行传输,将来探测器是工作在液体的环境下,有机玻璃球里会灌装2万吨的液体闪烁体,球外面也就是水池里会灌35000吨的超纯水。
整个探测器从材料及元器件选择上都是有讲究的,它要经过长期的可靠性测试,来保证探测器在未来30年能够安全稳定地运行。
央视一套微信公众号综合《新闻直播间》
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