原标题：江门中微子执行：地下700米的玄妙粒子“捕手”

中微子，是组成物资天下的基本粒子之一，亦然天地中最常见的粒子。其最大的特质是与物资的互相作用极为眇小，因此具有极强的穿透力，不错轻松穿过东说念主体、大地、地球以致是太阳。同期它的质地至极轻，以接近光速清楚。围绕中微子，有大皆谜团尚未解开，包括它的质地大小和发祥、质地门径、是否变成天地中物资与反物资的不合称等。中微子盘考有望发现超出圭表模子的新物理，对盘考天地演化、恒星形成、超新星爆发机制等有热切料想。自1956年头度被证据存在以来，中微子规模盘考如故赢得4次诺贝尔奖。但“捕捉”中微子，很难！如何领有更大、更先进的探伤器从而获取更精确的数据，是中微子盘考的要点。

从大亚湾到江门

2003年，中国科学院高能物理盘考所科研东说念主员建议联想——诓骗我国大亚湾核响应堆群产生的大皆中微子，来寻找中微子的第三种飘浮口头。中微子不错在飞动中从一种类型出动成另一种类型，通常称为中微子飘浮。这诠释了中微子有质地。

2007年，大亚湾响应堆中微子执行站动工开辟。它的主体由大地限定室和地下5个执行室组成。大地距地下执行室的垂直距离最深可达320米。2011年年底，大亚湾响应堆中微子执行提前以6个探伤器驱动运行。2012年3月8日，时任中国科学院高能物理盘考所长处的王贻芳告示：大亚湾响应堆中微子执行发现了一种新的中微子飘浮，并测量到其飘浮几率。该发现是对当然界最基本的物理参数的测量，被以为是对物资天下基本规矩的新意识。尔后，大亚湾响应堆中微子执行接续高质地运行，赢得丰硕效果。其中，中微子飘浮振幅的测量精度从2012年的20%进步到了2.8%。

2020年年底，大亚湾响应堆中微子执行安设庄重退役。手脚我国第一代中微子执行安设，它还取得了“精确测量响应堆中微子能谱”“给出低质地区惰性中微子最佳的限定”等多项天下跨越的科研效果。

如今，我国新一代大型中微子执行安设——江门中微子执行正在弥留开辟中。

2024年10月10日，秋高气爽时节，记者来到广东江门中微子执行室。映入眼帘的是一幢幢白色建筑，阑珊有致地摆设在一派平川上，四周青山环抱。来到竖井口，干预罐笼，伴跟着链条的咔咔声，罐笼下落了约有5分钟，来到位于地下700米的执行大厅。

为什么取舍在广东江门进行新一代中微子执行？王贻芳先容，江门中微子执行（JUNO）以信托中微子质地门径为首要科学主义，通过测量响应堆中微子飘浮来完成。响应堆热功率越大，开释的中微子数量就越多，执行精度就越高。执行站应距响应堆50至55公里，对应飘浮的极大值；到各个响应堆的距离必须至极，不然飘浮效应会互相对消。江门开平市隔邻区域偶合适合这些尖刻条目，包括周围有广东阳江和台山响应堆群，对测量质地门径灵验的总功率天下最高，也能找到跟整个响应堆距离基本至极的点。经过科学分析，允许的执行站领域在距两个核电站50至55公里、宽为200米的区域内，在此位置测量中微子质地门径的灵巧度最高。“能选到如斯合适的位置，还曲直常红运的。”王贻芳说。

为什么中枢探伤设备要建在700米的地下？中国科学院高能物理盘考所长处曹俊先容，天地线会使中微子探伤设备出现假信号，建在地下不错屏蔽大部分天地线滋扰，因此险些整个的中微子执行皆在地下进行。

在地下700米的深处开辟如斯大的工程，其穷苦进程不言而喻。

据先容，江门中微子执行2013年立项，2015年开工开辟地下洞室。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。“洞室开辟中咱们遭遇了许多难题，其中一个穷苦是岩体富水性强，出渣和排水穷苦，工程开辟难度极大。”王贻芳说。

靠近超大跨度洞室围岩变形限定、富水条目安全高效施工等天下级工程难题，开辟单元、施工单元等组成时间攻关团队，开展大皆时间盘考并信托合理施工决策，最终地下洞室于2021年年底告成录用使用。

深藏地下700米的有机玻璃球

从罐笼出来，记者来到执行大厅门口。在作念好一系列防尘处分后，执行大厅的门逐渐掀开，上前几步，目下出现了一个雄壮的白色球体，坐落在圆柱形的池塘中。“这是江门中微子执行的中枢探伤设备——中心探伤器。”曹俊先容，中心探伤器位于地下执行大厅内44米深的池塘中央，直径41.1米的不锈钢网壳是探伤器的主复旧结构，承载直径35.4米的有机玻璃球、2万吨液体耀眼体（以下简称“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，以及前端电子学、电缆、防磁线圈、隔光板等诸多探伤器部件。探伤器运行时，池塘中还要注入3.5万吨超纯水。

江门中微子执行有机玻璃球由263块12厘米厚的烘弯球面板和高下烟囱粘接而成，有机玻璃净重约600吨，是天下最大的单体有机玻璃球。“比较其35.4米的直径，12厘米厚的有机玻璃球壁按比例换算，就好像鸡蛋壳相似薄。”曹俊先容，为了进步执行的灵巧度和准确性，有机玻璃板材出产取舍了专有配方和工艺，其自然辐照性本底铀和钍的质地占比小于一万亿分之一，以保证其高透光率和低本底的特质；为驻守氡绝顶衰变子体污辱有机玻璃，拼接有机玻璃球时名义需要用膜材料和带有水溶胶的纸进行保护，可在开辟收尾后告成取下；有机玻璃有老化气候，球体名义容易产生裂纹，研发团队通过多种要领裁减老化速率，保证探伤器安全运行；探伤器建成后，有机玻璃球里面将是2万吨液闪，外部是3.5万吨超纯水，球体表里压力不同，这对有机玻璃球的拼接工艺建议了很高要求。

2万吨液闪、600吨有机玻璃，再加上其他设备，这样重的分量，如何才调安适地立起来？这需要不锈钢网壳的复旧。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，是当今国内最大的单体不锈钢主结构。“咱们在不锈钢网壳酌量经过中赢得了多项时间发明专利，其中的铆钉时间关联国度圭表赢得批准并发布，填补了国内空缺。”曹俊先容。此外，探伤器运行时有机玻璃球置于超纯水中，需要遥远承受约3000吨的浮力，这些力需要通过有机玻璃节点、集会杆和不锈钢节点传递到不锈钢网壳主结构上。经过反复酌量优化和上百次进修，各节点皆赢得超高承载智商。

中微子质地极小，速率极快，与物资的互相作用极为眇小，中心探伤器如何将其捕捉到呢？2万吨的液闪起到了主要作用。当大皆中微子穿过探伤器时，少量的一部分会与液闪发生响应，发出极其眇小的耀眼光，被光电倍增管探伤到，从而达到捕捉中微子的目的。“手脚探伤中微子的靶灵巧物资，液闪的主要因素是烷基苯，是精深生计中洗手液、洗衣液的主要原料，但江门中微子执行所用的液闪需要至极干净。”王贻芳说。此外，液闪还需要很高的光输出、极好的透明度和极低的辐照性本底，这些皆给其制备带来极高难度。

靠近这些穷苦，江门中微子执行液闪组在大皆调研、执行基础上，研发出合法净度、高密封、高着力的纯化系统。“通过氧化铝系统、蒸馏系统、混制系统、水萃取系统随和体剥离系统，咱们去除了液闪中的辐照性杂质、惰性气体等，进步了透明度和光学性能。”曹俊先容，当今液闪组已收效赢得光传输衰减长度大于20米的液闪，是天下最佳水平，洁净度达到了要求。

捕捉中微子的“天道好还”

当中微子在液闪中发出眇小的光，密布于不锈钢网壳内侧的一只只“眼睛”——光电倍增管便驱动涌现作用。记者在现场看到还莫得安装进中心探伤器的光电倍增管，每个直径足有半米长。这种20英寸的光电倍增管在中心探伤器上要安装2万个，再加上2.5万个3英寸光电倍增管，为捕捉中微子布下了“天道好还”。

“光电倍增管是中微子探伤器中最热切的部分，中微子信号即是通过光电倍增管探伤出来，它们将中微子与液闪响应的光信号出动为电信号，并放大千万倍，然后在计算机中进行具体分析和盘考。”王贻芳先容。这个国之重器的开辟，客不雅上带动了我国光电倍增管行业的发展——国际上能出产关联光电倍增管的公司很少，不仅性简略不上要求，售价还特殊高。因此，中国科学院高能物理盘考所的科学家们启动了光电倍增管的预研并积极鼓舞国产化。他们发明了一种全新构型及电子放大神气的新式光电倍增管，在与关联企业相助后，最终研制出收罗着力等关节时间目的达到国际跨越水平的光电倍增管样管，领有完全自主常识产权，冲破了该规模的国际控制。

组成光电倍增管的真空玻璃壳是一种典型的脆性材料，万古刻使命在44米深的池塘中，存在内爆风险。内爆产生的冲击波有可能引爆周围的光电倍增管，产生链式响应，最终损坏整个光电倍增管，以致松弛探伤器的主体结构——这类事故在海外就曾发生过。“为此，咱们研制了一套水下防爆系统，为每一个光电倍增管加装保护安设。”曹俊指着傍边的一个光电倍增管样品先容，该安设前半部为半椭球形的极透明有机玻璃罩，既能承受50米以上的水压，又能适配光电倍增管最小25毫米的安装时弊，同期兑现了好于0.4毫米的精度和98%以上的水中透光率。后半部为不锈钢保护罩和集会结构，既保证了强度，又对执行的光信号无掩盖。该防爆系统不错灵验减缓高压水填充真空区域的速率，从而显耀减低冲击波的强度，幸免发生链式响应。

中微子不仅要捕捉得到，还要捕捉得准确，这需要反适合探伤器将非中微子的信号排颤抖。江门中微子执行反适合系统负责东说念主杨长根先容，池塘里3.5万吨的水需要在水净化室进行纯化，这些超纯水不错用作天地线探伤器，将天地线对中微子探伤的滋扰排斥，也可手脚屏蔽层，屏蔽掉岩石中的自然辐照性以及天地线在隔邻岩石中产生的大皆次级粒子。此外，池塘上方的径迹探伤器不错测量天地线的精确所在，更灵验地排斥罪恶信号，使中微子探伤更精确。

当今，江门中微子执行开辟干预收官阶段：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，瞻望11月底完成一说念安装任务，并启动超纯水、液闪的灌装，2025年8月庄重运行取数，瞻望运行约30年。王贻芳示意，江门中微子执行有着丰富的科学主义，包括测量中微子的质地门径，精确测量三个中微子飘浮参数，以及在2030年安设升级后测量中微子的整个质地，也将在太阳中微子、地球中微子等盘考方面达到国际最佳水平，并有望在超新星中微子、质子衰变等方面取得关键效果。

（记者 秦伟利）