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探秘大科学装置,我们来到了地下700米的江门中
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摘要:? 在生产制造环节,一般的厂家也不敢轻易接手。“这么大一个球,哪个厂家都没做过,我们考察了大量厂家,和3个候选厂家一起做了两年的预研工作。一方面考察厂家的生产制造实力
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在生产制造环节,一般的厂家也不敢轻易接手。“这么大一个球,哪个厂家都没做过,我们考察了大量厂家,和3个候选厂家一起做了两年的预研工作。一方面考察厂家的生产制造实力,一方面考察他们的科研素养。厂家的科研团队要和我们一起琢磨这个事情,不断摸索优化。”马骁妍说,有机玻璃生产企业以往做的大多是海洋馆项目,就算使用过程中出现一些问题,一般都可以提前观察到并及时进行处理,但探测器未来将在封闭的水池中运行30年,没有机会进行修复,不容有失。为此,科研人员用小的玻璃样块,不同种类的模型,反复试验。
液闪纯化大厅中的蒸馏系统,用于蒸馏纯化烷基苯。? 新京报记者 张璐 摄
8月,新京报记者走进江门中微子实验室,在井口乘坐缆车,顺着与水平方向呈23度角的轨道向地下700米驶进,开启了“地壳探险”。据工作人员介绍,缆车本身没有动力,下行时靠重力向下推进,上行时靠钢丝绳牵引。一旦出现钢丝绳断裂等情况导致缆车下行超速,缆车车轮的抱死装置将启动,使缆车停下,确保人员安全。
“地下水的压力非常大,甚至可以将钻机中实心钻杆顶歪,如果固定不牢,钻杆在水压作用下会像箭一样回射出来。”据现场从事基建工作的阎良平介绍,在地质情况如此复杂的情况下使用“超前探水灌浆”的施工工艺,水泥浆配比、注浆量、注浆压力等参数都需要重新摸索改进。经过反复实践并改进配比,他们终于找到了最优方法。
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从水池顶端俯瞰,黑色的水池内壁十分醒目,工作人员可以在不锈钢网壳内的平台上安装有机玻璃球。? 新京报记者 张璐 摄
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大亚湾实验
江门中微子实验项目总工程师马骁妍告诉新京报记者,此前进行设计时,他们邀请了很多国外的评委进行方案评审。“人家觉得不可想象,说只要你们能把这球做出来,用多长时间都行。但我们的实验要跟国际上其他实验竞争,不能慢了。”
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“中微子很难和物质发生反应,但它们打到液闪中的发光物质上,会发出极微弱的光。科研人员需要用光电倍增管,将微弱的光信号转换成电子信号后再放大1000万倍。”马骁妍说,光电倍增管之间的间隙仅为3毫米,紧密排列是为了减小死区,从而探测到更多的光子。
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撤场前的大亚湾实验大厅。中科院高能物理所供图
换上洁净衣、在风淋室吹淋后,通往实验大厅的大门缓缓开启,随着一座巨型钢架矗立在眼前,大科学装置——江门中微子实验装置露出了宏大精致的外观。未来,它将为基本粒子世界中的“隐士”——中微子测量质量顺序,窥探宇宙的奥妙。
科学目标
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最灵敏的“黄金瞳”
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2023年,江门中微子实验将完成建设,逐步开始取数。届时,世界将为之瞩目,期待着它带来新的发现。
2012年3月,大亚湾实验迎来“高光时刻”,大亚湾国际合作组宣布首次探测到中微子的第三种振荡模式,并以前所未有的精度,测得其振荡大小为0.092,误差为0.017,无振荡的可能性仅为千万分之一。这一实验成果入选美国《科学》杂志2012年度十大科学突破,并获得2016年度国家自然科学一等奖。
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如何将液闪变得更透明?蔡啸带记者来到了液闪纯化大厅,对四套纯化设备进行一一介绍。液体闪烁体最主要的材料是烷基苯,这种透明的油状液体是制作洗涤剂的原材料。通过管道运抵大厅的特制烷基苯,出厂时衰减长度已然高达15米到20米。
地下施工支洞顶拱渗水。中科院高能物理所供图
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光电倍增管需要在水里工作,所以必须进行防水封装。防水封装的难点在于,其失败率要求非常苛刻——六年的失败率不能超过0.5%。也就是6年里,200个光电倍增管中只能有1个因漏水而损坏。而此前,国际上其他中微子实验的这一数字通常为5%以上。
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未来在水池中,有机玻璃球内外会先同时注满最纯净的水,灌装过程使其内外压力保持平衡。此后,科研人员会将球内的水用置换的方法换成2万吨液体闪烁体(液闪),液闪将和光电倍增管共同探测中微子被“俘获”时产生的闪烁光。
接下来,科研人员要将烷基苯通过填满氧化铝粉末的吸附柱,进行光学纯化。氧化铝的吸附过滤作用强,可以将烷基苯中的光学杂质去除。接下来科研人员对烷基苯进行蒸馏纯化,降低其放射性本底。此后的烷基苯成为“溶剂”,科研人员会将两种粉末状的发光物质倒入其中搅拌,混制配成高浓度的液闪。
文章来源:《实验室科学》 网址: http://www.syskxzz.cn/zonghexinwen/2022/0823/1189.html