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【江门日报】揭秘江门中微子实验项目 其有望诞生重大科学成果
2016-12-01|文章来源:肖开刚 谌磊 |【
 

 

  直径逾35米的中心探测器效果图 

 

  在宽约5米斜井的出入口,有两条分别用于人和物进出的轨道 

 

  江门中微子实验站配套基建工程建筑效果图 

 

  江门中微子实验三维布置图 

 

  开平中微子研究中心主任李小男接受本报专访 

  “‘你被选中,返回海伯利安,’传来一个女人沙哑的声音。全像尚未建立,除了传送代码的脉动,眼前还是空无一物。领事不需要传输坐标就知道,超光信息是从鲸逖中心传来的……”美国作家丹·西蒙斯在科幻小说《海伯利安》中,所描述的这段利用超光信息实现星际传输的场景,向我们展现了未来的通讯方式——中微子通讯。

  科幻小说中的场景令人向往,也正反映了中微子的神秘有待人们探究。目前,中国科学院高能物理研究所在我市开平市金鸡镇正在建设的江门中微子实验项目,就是我国抢占中微子研究高地的一大行动。该实验的负责人、中科院高能所所长王贻芳表示,江门中微子实验将使我国成为世界中微子研究中心之一。

  近日,本报记者来到该项目建设现场,实地查看项目进展,并专访了中科院高能物理研究所研究员、开平中微子研究中心主任李小男,为你揭开这个国际一流实验项目的神秘面纱。

  文/图 江门日报记者 肖开刚 谌磊

  现场探访 

  四车道水泥路直通项目驻地 

  开平市金鸡镇打石山。这是江门中微子实验项目所在的位置。如果凭此就认为这个项目“躲”在深山里,那就错了。

  当天,记者驱车来到金鸡镇才发现,原来从镇上出来,沿着平坦通畅的275省道驱车几分钟,再拐入一段专门为这个项目新修的一条四车道水泥路,就来到实验项目现场了,十分方便。

  虽然来到驻地很方便,但是这个项目的核心其实都藏在地下,从外面完全看不出有什么特别之处。这是因为,为减少宇宙射线对实验的干扰,江门中微子实验项目的实验大厅需要建在地下729米深处。为此,实验项目建设就分为了地下、地上两部分:地下建筑主要为一口1341米长的斜井和一口616米长的竖井,还有一个跨度50米、高70米的实验厅附属洞室;地上建筑最大的是长110米,宽24米的装配大厅以及办公楼等配属建筑。

  记者在现场看到,目前地面建筑还没开始施工,作为初始工程的斜井和竖井已经启动建设。

  在宽约5米的斜井出入口,记者看到有两条分别用于人和物进出的轨道。不时有工人搭乘斗车,进入斜井。从斜井挖出的弃渣也都放在运物料的斗车内,然后从斜井里顺着轨道被拉上来,再倒入货车内运走。记者发现,从地下运上来的弃渣几乎都是石头。

  距离地下实验厅较近的竖井出入口设置在打石山的顶部,但是通往竖井的路也是新修的水泥路,开着轿车都能轻松抵达。记者到竖井时,地下刚刚完成了爆破,爆炸后的灰尘还正不断从井口冒出来。竖井井口上方立着一个数十米高的吊塔,工人与弃渣都要通过吊箱才能进出竖井,而竖井建好之后,将会安装电梯,以方便人员进出。

  在竖井的工地上,记者还发现放着五六台两三米高的水泵。现场的工人说,这些大水泵是用于井里排水的。

  项目进度 

  力争在2020年投入运行 

  “目前斜井和竖井都完成了三分之二的工程量,其中斜井挖了900多米,竖井挖了400多米,但整个工程进度,比预计工期慢了大半年。”李小男说,按照原计划,斜井和竖井工程在今年7月就要完成,然后转入地下实验大厅施工,但因为斜井和竖井的地下涌水从去年11月起就不断加大,导致工程施工效率被降低。

  “特别是今年3月24日,突发大涌水,整个斜井都被淹了,导致工程停了3个月,6月底才恢复了生产。”李小男说,地下施工的不确定因素太多,目前项目的业主方和总包方整天开会就是为了进一步优化施工方法,加大人、钱、物的投入,争取早日打通斜井和竖井。

  记者了解到,一旦斜井和竖井工程完工,整个项目的施工灵活度就会大大提高,地面工程年内将会开工,在明年春节前后就能完成基本框架的建设。

  除了基建之外,江门中微子实验项目的设计和研发工作也正按计划进行,并取得了光电倍增管研制成功并完成招标等重要进展。根据上月召开的江门中微子实验第八次国际合作组会透露的信息,目前正式参与该实验的合作组成员单位已达66个,合作人员约450人,参与的国家有意大利、法国、俄罗斯、德国等14个。

  记者了解到,江门中微子实验项目总投资20亿元,其中配套基建工程3亿元,广东省和地方配套支持了1.5亿元和800多亩土地。目前项目资金已全部到位。项目将力争在2020年投入运行。

  实验揭秘 

  1 研究什么? 

  给中微子这个“隐形人”的质量排序 

  虽然大多数人都不知道中微子是什么东西,但李小男介绍说,其实中微子存在于自然界的每个角落,是组成物质世界的最基本的粒子之一。因为中微子不带电荷、质量极其微小,几乎不与物质发生任何反应,因此尽管每时每刻都有数以万亿计的中微子穿过我们的身体,但我们却感觉不到它们的存在。

  科学就是要探寻未知。当有科学家在上个世纪30年代预言存在中微子这个宇宙“隐身人”之后,全世界的科学家就开始为它“竞折腰”了。1956年,美国莱因斯和柯万在实验中首次直接观测到中微子;1962年,莱德曼、施瓦茨和斯坦博格用加速器发现第二种中微子;1998年,日本超级神冈实验以确凿证据发现中微子振荡现象;2013年11月科学家首次捕捉到银河系外的超高能中微子……

  我国对中微子的研究,随着大亚湾中微子实验项目在2011年建成投入运行,在国际上占据了越来越重要的地位。2012年,大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。该发现对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用,被美国《科学》杂志评为当年的十大科技突破。

  “正是由于大亚湾中微子实验取得了良好成绩,并在人才队伍建设、经验技术储备打下了良好基础,才得以支撑起了江门中微子实验。”李小男说,中微子研究虽然已取得了不少重大突破,但仍然存在众多未解之谜。其中,江门中微子实验就是奔着解决国际中微子研究中下一个热点和重大问题而去,即测量中微子质量顺序,通俗点讲就是给中微子的质量排序。据了解,江门中微子实验可以精确测量中微子6个振荡参数中的3个,并达到好于1%的国际最好水平,同时还将进行超新星中微子、地球中微子、太阳中微子、大气中微子、惰性中微子等多项国际领先的交叉前沿研究。

  “江门中微子实验将使我国成为世界中微子研究中心之一。”王贻芳说。

  2 怎么实施? 

  建造直径逾35米的中心探测器 

  建设斜井、竖井通向地下729米,并在那里建设一个跨度50米、高70米的实验大厅,这些基建只是为江门中微子实验提供最基础的平台。

  而整个实验的核心,是在比两个篮球场还长的地下实验大厅里,建造一个直径逾35米的球形探测器,即中心探测器,并要把中心探测器浸泡在一个直径约43米的圆柱形水池中。中心探测器内部要灌装2万吨液体闪烁体,并安装18000只20英寸的光电倍增管等。

  当这些主要设备都安装之后,实验就可以开始了。因为山体、水池等屏蔽体已经把干扰实验的绝大多数宇宙射线等因素排除出去,当有用的中微子通过水池进入中心探测器时,就会与2万吨液体闪烁体中的氢原子核发生撞击,碰撞产生的光被周围的光电倍增管探测、放大,并通过转换器变成数字信号送入计算机,就可供科学家们分析研究了。

  李小男说,江门中微子实验要投入运行,除了要克服基建难关之外,中心探测器、20英寸的光电倍增管等实验设备的研制、安装也非常有挑战性。比如,之前其它实验用的20英寸光电倍增管,全世界只有日本的一家公司能生产。

  为了使江门中微子实验不受制于人,在实验开始前,王贻芳就启动了大光电倍增管的预研,带领高能所和合作单位的团队,通过4年的攻关,终于在2015年底研制出关键技术指标达到国际先进水平的样管,拥有完全自主知识产权,并进入工程化和批量生产准备阶段,为江门中微子实验开展创造了良好条件。

  3 有什么影响? 

  不排放任何有害废物、废水和废气 

  这么重要的实验,为何会选择在了金鸡镇打石山呢? 

  “真是天时地利人和,非常巧。”李小男说,根据物理灵敏度分析,这个实验站要建在距离反应堆50—55公里范围内,跟几个反应堆距离要严格相等,且核反应堆越强越好,而且实验要埋深超过700米,因此最好是山里,山越高越好,而且必须是石头山,才能屏蔽宇宙射线。

  根据这些苛刻的条件,中科院高能物理研究所在广西、广东多地选址,最终发现金鸡镇这个地方最合适。“我们根据物理要求划了个2公里长、200米宽的区域,距离阳江和台山反应堆距离相等,约53公里,打石山正好落在里面,而且还是周边唯一一座石头山,十分巧合。”李小男说,有大亚湾实验取得成功的“天时”,有金鸡镇这么合适的“地利”,还有广东省、江门市、开平市等各级党委政府及当地群众大力支持的“人和”,项目选择到金鸡镇是非常正确的选择。

  “当地老百姓太好了,到目前一点矛盾纠纷都没有。”李小男说,地方政府对项目的实施也给予了很大帮助,我们遇到什么困难或有什么需求,各级领导和相关部门,都会立即帮忙协调解决,效率也非常高。

  实验会不会造成污染呢?李小男说,中微子实验项目研究设备及实验站本身没有任何环境危害,实验中不使用任何放射性物品和有害物。大量使用的只是一种叫烷基苯的液体,这种液体是人们日常生活中使用的洗衣粉(液)的原料,无毒、无味,对人体没有任何危害性,而且这些液体也密封在不锈钢罐中,普通人平时根本接触不到。另外实验也不排放任何有害废物、废水和废气,不会污染地下水,只有岩石中渗出的地下水需要排出地面,地面建筑只有生活污水需要统一处理。

  李小男说,江门中微子实验建成后将会运行30年以上,他们将把驻地建设成科普基地,并积极开展各种科普活动,以便更好地服务地方发展和当地群众。


 
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