中国在地下700米,灌注了2万吨液体,美西方直呼闻所未闻

中国在广东江门地下700米的地方,搞了个叫江门中微子实验的装置,前阵子刚完成2万吨液体闪烁体的灌注,这事儿让美西方国家觉得挺新鲜的。他们那边有些科学家直接说,这规模和技术闻所未闻。

整个项目从2008年就开始酝酿,到2025年8月26日正式运行取数,花了十多年时间。这不光是堆砌设备那么简单,而是实打实推进粒子物理研究的前沿。

项目主导是中国科学院高能物理研究所,带头人是王贻芳院士,他从大亚湾实验积累经验,一步步把这个国际合作项目推向前台。

装置建在地下700米,主要为了屏蔽宇宙射线干扰,附近有台山和阳江核电站作为中微子源,距离53公里,正好是振荡最明显的位置。

探测器核心是个直径35.4米的有机玻璃球,外面不锈钢网壳直径41.1米,装了2万只20英寸光电倍增管和2.5万只3英寸的,整体浸在44米深的水池里。

灌注过程先是45天内注6万吨超纯水,控制液位差在厘米级,流量偏差不超过0.5%,然后半年时间把液体闪烁体注入玻璃球,同时置换纯水。

液体闪烁体纯度高到极致,能在中微子撞击时发光,被光电管捕捉。项目涉及17个国家和地区、74个机构、近700人合作,经费来自多方,总投资折合美元3.76亿。

西方媒体和科学家评论说,这装置领先他们五年以上,尤其在精度和规模上。运行后,每天能探测60个中微子信号,首批数据已显示性能超预期。

这项目不只测中微子质量顺序,还能研究太阳、超新星、大气和地球中微子,甚至后期升级探无中微子双贝塔衰变。整个过程体现了中国在基础科学上的投入和国际影响力。

这个地下巨兽是怎么一步步建起来的

江门中微子实验的建设可不是一蹴而就,从2008年王贻芳他们提出构想开始,就在调研位置和可行性。那时候大亚湾实验刚有点眉目,王贻芳作为负责人,看到中微子研究潜力大,就想着建个更大更准的。

2013年,项目得到中国科学院战略性先导科技专项支持,同年广东省政府也批了,正式立项。2014年7月,国际合作组成立,成员来自中国、法国、德国、意大利、美国、捷克等17个国家和地区,一共74个机构。

合作组发言人是王贻芳,他协调各方资源,签协议分任务。2015年1月10日,工程在江门开平金鸡镇开工,先挖隧道和地下实验室。地下洞室跨度49.5米,是国内最大深埋洞室,施工属于世界级难度,团队攻克了岩层稳定和通风问题。

2021年12月,实验室主体完工,开始探测器安装。探测器主体从2022年开始组装,有机玻璃球由263块12厘米厚面板粘接,总重600吨,粘接缝2公里长,用本体聚合技术,确保透光率高、本底低。

玻璃球天然放射性铀和钍含量小于一万亿分之一,这技术是自主研发的。不锈钢网壳直径41米,支撑整个结构,光电倍增管是关键,团队研制出微通道板型管子,光子探测效率国际最高,打破垄断,还拿了欧盟、美国、日本专利。

光电管水下防爆系统高强度高精度,液体纯化系统效率高,衰减长度国际顶尖。水下电子学用民用器件达航天级可靠。安装花了三年,到2024年10月,玻璃球合拢,11月20日最后一块光电管模块装完,探测器主体建成。

12月18日,开始液体灌注。整个过程,王贻芳团队处理供应链和技术难题,比如光电管批量生产和运输,确保每个部件厘米级对齐。

国际伙伴提供模拟软件和光电技术,中国主导设计和建造。这项目不光建装置,还培养了一批年轻研究员,推动国内粒子物理从跟跑到领跑。

灌注2万吨液体的那些技术细节和挑战

灌注过程是项目收官阶段的重头戏,从2024年12月探测器主体建成后就启动。先注超纯水,45天内注入6万吨,内外玻璃球液位差控制在厘米级,避免结构变形。超纯水过滤层层把关,流量最大100吨/小时,偏差不超过0.5%,这要求泵机和阀门精准协作。

纯水注入后,水位升到20多米,团队实时监控温度、气压、应力、氮气流量,确保安全。接着是液体闪烁体灌注,从2025年2月8日开始,历时半年,到8月26日完成2万吨注入,同时置换纯水。

液体闪烁体是线性烷基苯基的,高纯度、高透明、低放射性,纯化系统是自主研发,中试研究就花了不少功夫。注入时,避免气泡和杂质,0.008克灰尘总量上限,相当于2万吨里最多那点尘埃。液体撞击发光,单个光子都能被光电管放大。

挑战在于洁净度和密封,团队用特殊配方和工艺,液体衰减长度国际最高。灌注期间,专家轮值,来自高能所、清华、上海交大等20多人,春节都坚守总控室,调试电子学、触发、数据获取。

国际伙伴如意大利米兰大学的乔阿基诺·拉努奇,说这合作把液体闪烁体技术推到极限。整个灌注不光是倒液体,还同步优化探测器,确保灌完就能取数。首批数据显示,能量分辨率、光收集效率超预期。

这步成功,标志装置从建设转运行,奠定科学产出基础。相比国际同类,像美国的DUNE或日本的Hyper-Kamiokande,JUNO在液体规模和精度上先跑一步,他们的液体装置还没到这体量。

美西方为什么觉得这事儿闻所未闻

美西方国家对这个项目的反应挺直接的,他们直呼闻所未闻,主要因为规模和技术领先。美国的科学家在报告中说,JUNO的2万吨液体闪烁体是全球最大,精度领先五年以上。他们的DUNE项目用液氩,规模大但中微子类型不同,液体处理没这么精细。

欧洲的CERN专家评论,JUNO的有机玻璃球和光电管布置,工程复杂度超出预期。意大利教授乔阿基诺·拉努奇在声明中说,这国际合作把技术推到边界,以前液体闪烁体设施没到这水平。西方媒体承认中国在中微子研究从大亚湾到JUNO的跨越,影响力不可忽视。

美国物理学会期刊提到,JUNO不受地球物质效应影响,能更准测质量顺序,这点他们项目有局限。英国的Nature杂志文章说,这装置建在核电站附近,源稳定,数据采集效率高,西方类似项目位置没这么优。

德国伙伴在合作中提供部件,但核心技术中国自主,他们觉得这体现了中国基础科研投入大。总体上,美西方惊叹于速度和精度,从2015开工到2025运行,十年建成超大规模装置,在他们看来闻所未闻。

以前粒子物理大装置多在欧美日主导,现在中国领跑,让他们重新审视全球格局。当然,这也促成更多合作,他们参与提供软件和专家,避免被甩开。

项目运行寿命30年,前期主攻中微子质量顺序,测定ν3比ν2重不重,这问题是粒子物理十年热点。JUNO用反应堆中微子振荡,精度高,6个振荡参数中3个会显著提升。

还能研究太阳中微子,帮天体物理了解恒星内部;超新星中微子,捕捉爆发信号;大气和地球中微子,探地质过程;甚至不活跃中微子和质子衰变,新物理寻找。

后期升级成世界最灵敏无中微子双贝塔衰变装置,测中微子绝对质量,判是否马约拉纳粒子,解决粒子、天体、宇宙学交叉难题。运行后,数据共享国际,预计产生多项成果,推动全球研究。

中国地位巩固,从大亚湾发现第三种振荡,到JUNO领跑。王贻芳说,这能回答物质宇宙本质问题。国际团队近750人,继续协作,2025年1月开第25次会议,评估成果。

长远看,这装置成中微子研究中心,吸引全球人才,优化珠三角创新格局。经济上,带动江门科技产业,培养人才链。总之,这不只是个装置,而是中国基础科学实力的体现,未来突破会一层一层揭开宇宙谜题。

展开阅读全文

更新时间:2025-09-04

标签:科技   闻所未闻   中国   液体   地下   中微子   光电管   装置   玻璃球   大亚湾   项目   探测器   国际

1 2 3 4 5

上滑加载更多 ↓
推荐阅读:
友情链接:
更多:

本站资料均由网友自行发布提供,仅用于学习交流。如有版权问题,请与我联系,QQ:4156828  

© CopyRight 2020- All Rights Reserved. Powered By bs178.com 闽ICP备11008920号
闽公网安备35020302034844号

Top