地下700米粒子捕手探索中微子奧秘(2)

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2024-10-25 10:34:19 光明日報

江門中微子實驗2013年立項，2015年開工建設地下洞室。該洞室是國內拱頂跨度最大的地下洞室，頂部起拱跨度達49.5米。面對巖體富水性強等世界級工程難題，技術攻關團隊開展大量技術研究并確定合理施工方案，最終地下洞室于2021年年底順利交付使用。

實驗大廳內有一個巨大的白色球體，坐落在圓柱形的水池中，這是江門中微子實驗的核心探測設備——中心探測器。中心探測器直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼承載著直徑35.4米的有機玻璃球、2萬噸液體閃爍體（液閃）、2萬個20英寸光電倍增管、2.5萬個3英寸光電倍增管等部件。探測器運行時，水池中還要注入3.5萬噸超純水。

有機玻璃球由263塊12厘米厚的烘彎球面板和上下煙囪粘接而成，凈重約600噸，是世界最大的單體有機玻璃球。為保證高透光率和低本底的特點，有機玻璃板材生產(chǎn)采用了獨特配方和工藝。拼接有機玻璃球時表面需要用膜材料和帶有水溶膠的紙進行保護，防止氡及其衰變子體污染有機玻璃。此外，研發(fā)團隊通過多種方法降低老化速度，確保探測器安全運行。

2萬噸液閃起到了主要作用，當大量中微子穿過探測器時，極少的一部分會與液閃發(fā)生反應，發(fā)出極其微弱的閃爍光，被光電倍增管探測到，從而達到捕捉中微子的目的。液閃需要非常干凈，高潔凈度、高密封、高效率的純化系統(tǒng)去除了液閃中的放射性雜質、惰性氣體等，提高了透明度和光學性能。

密布于不銹鋼網(wǎng)殼內側的光電倍增管為捕捉中微子布下了“天羅地網(wǎng)”。每個直徑足有半米長的20英寸光電倍增管在中心探測器上要安裝2萬個，再加上2.5萬個3英寸光電倍增管。這些光電倍增管將中微子與液閃反應的光信號轉變?yōu)殡娦盘?，并放大千萬倍，在計算機中進行具體分析和研究。中國科學院高能物理研究所的科學家們發(fā)明了一種全新構型及電子放大方式的新型光電倍增管，最終研制出具有完全自主知識產(chǎn)權的光電倍增管樣管，打破了國際壟斷。

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