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地下700米粒子捕手 探索中微子奥秘(2)

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2024-10-25 10:34:19  光明日报

江门中微子实验2013年立项,2015年开工建设地下洞室。该洞室是国内拱顶跨度最大的地下洞室,顶部起拱跨度达49.5米。面对岩体富水性强等世界级工程难题,技术攻关团队开展大量技术研究并确定合理施工方案,最终地下洞室于2021年年底顺利交付使用。

实验大厅内有一个巨大的白色球体,坐落在圆柱形的水池中,这是江门中微子实验的核心探测设备——中心探测器。中心探测器直径41.1米的不锈钢网壳承载着直径35.4米的有机玻璃球、2万吨液体闪烁体(液闪)、2万个20英寸光电倍增管、2.5万个3英寸光电倍增管等部件。探测器运行时,水池中还要注入3.5万吨超纯水。

有机玻璃球由263块12厘米厚的烘弯球面板和上下烟囱粘接而成,净重约600吨,是世界最大的单体有机玻璃球。为保证高透光率和低本底的特点,有机玻璃板材生产采用了独特配方和工艺。拼接有机玻璃球时表面需要用膜材料和带有水溶胶的纸进行保护,防止氡及其衰变子体污染有机玻璃。此外,研发团队通过多种方法降低老化速度,确保探测器安全运行。

2万吨液闪起到了主要作用,当大量中微子穿过探测器时,极少的一部分会与液闪发生反应,发出极其微弱的闪烁光,被光电倍增管探测到,从而达到捕捉中微子的目的。液闪需要非常干净,高洁净度、高密封、高效率的纯化系统去除了液闪中的放射性杂质、惰性气体等,提高了透明度和光学性能。

密布于不锈钢网壳内侧的光电倍增管为捕捉中微子布下了“天罗地网”。每个直径足有半米长的20英寸光电倍增管在中心探测器上要安装2万个,再加上2.5万个3英寸光电倍增管。这些光电倍增管将中微子与液闪反应的光信号转变为电信号,并放大千万倍,在计算机中进行具体分析和研究。中国科学院高能物理研究所的科学家们发明了一种全新构型及电子放大方式的新型光电倍增管,最终研制出具有完全自主知识产权的光电倍增管样管,打破了国际垄断。

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