江门中微子实验建设进入收官阶段

2024-10-14 16:44:08 来源：中国科技网

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“江门中微子实验建设进入收官阶段，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。”10月11日，中国科学院院士、江门中微子实验首席科学家、项目经理王贻芳透露。

江门中微子实验以测量中微子质量顺序为首要科学目标，并进行其他多项重大前沿研究。2013年立项，2015年开工建设地下实验硐室，2021年年底，地下硐室交付使用并开始探测器安装。

江门中微子实验的核心探测器设备为一个有效质量2万吨的液体闪烁体探测器，位于地下700米的实验大厅内、44米深的水池中央，能量分辨率达到前所未有的3%。

两万吨的探测器，如何才能“立”起来？

“直径41.1米的不锈钢网壳是探测器的主支撑结构。”中国科学院高能所副所长、江门中微子实验项目常务副经理曹俊介绍，该不锈钢网壳承载35.4米直径的有机玻璃球、两万吨液体闪烁体、两万只20英寸光电倍增管、2.5万只3英寸光电倍增管、前端电子学、电缆、防磁线圈、隔光板等诸多探测器部件。

要承受这么多的器件，必须要有牢固的“壳”。记者了解到，不锈钢网壳由预制的H型钢通过12万套高强螺栓拼接而成，是目前国内最大的单体不锈钢主结构。不锈钢的网壳设计与预研过程中获得了多项技术发明专利，其中，不锈钢短尾环槽铆钉技术首次用于不锈钢钢结构领域。

不锈钢网壳承载的有机玻璃球也“大有乾坤”。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，有机玻璃净重约600吨，是世界最大的单体有机玻璃球。

12厘米厚，意味着什么？“相比其35.4米的直径，12厘米厚的有机玻璃球按比例换算，就好像鸡蛋壳一样薄。”曹俊说。

有机玻璃球的板材生产采用独特配方和工艺，具有高透光率和低本底的特点，其天然放射性本底铀和钍的质量占比小于一万亿分之一。为防止氡及其衰变子体污染有机玻璃，其表面在建设过程中用膜材料和带有水溶胶的纸进行保护。

曹俊表示，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吨液闪的重量，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。

来自四面八方的力，如何才能“疏解”？

“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。”曹俊说，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，有效改善了有机玻璃节点的受力分布。

据了解，江门中微子实验将于2025年8月正式运行取数，预计运行约30年。“精确测量中微子振荡参数，使检验中微子混合矩阵的幺正性、发现新物理成为可能，对中微子物理的未来发展具有重要意义。”王贻芳说。