江門中微子實驗室深藏地下700米的國家大科學裝置

刊登日期 : 2022-03-15

編輯︰雅言

　　繼東莞的中國散裂中子源裝置後，江門中微子實驗室（JUNO）亦已完成大部份基礎建設，預計在明年落成啟用。這個由中科院高能物理研究所建設的中微子實驗室，是大灣區又一國家大科學裝置，對航天、宇宙、天體物理的研發及產業發展幫助至大。中微子實驗室深藏在地下700米，為這個大科學裝置添上了神秘色彩。

　　美國科幻災難電影《2012》中，大量來自太陽的神秘粒子—中微子發生了變異，從內部加熱地球，引發火山和海嘯，使城市沉入大海。電影情節雖然是虛構的，但讓人認識到中微子對人類和整個宇宙的影響。

捕捉「幽靈粒子」中微子探測宇宙天體物理奧秘

　　中微子是基本粒子世界中的隱形人，質量小、不帶電，被稱為「幽靈粒子」。它在宇宙中無所不在，幾乎不與任何物質發生相互作用，需要儀器來捕捉。研究中微子的質量順序，能夠為中微子質量、宇宙演化、粒子物理、天體物理有着重要的作用，是當前國際科學家爭相研究中微子的核心問題。

　　不過，要捕捉空氣中的中微子，必須要有一個絕對「乾淨的環境」，阻擋存在空間的宇宙射線和來自岩石、空氣、灰塵的天然放射性物質。因為這樣，探測器需要埋在很深的地下，用岩石阻擋宇宙射線，同時探測器需要泡在水池中，用水來阻擋天然放射性物質。

　　位於江門開平市金雞鎮、赤水鎮一帶打石山的江門中微子實驗室。在這裡山下，就有一個這樣的地下深洞實驗室。

　　洞穴深達700米、相當於12層樓高，有一個大型的水池、一個巨大球型中微子探測器、以及配套的设施。巨大球型中微子探測器內，裝滿2萬噸液體閃爍體和光電倍增管，浸泡在巨型的水池中。水池中安裝可以將光信號轉變成電信號的光電信增管，用來捕捉中微子在液體反應中發出的閃爍光。

　　江門中微子實驗室，就是用來捕捉中微子並測量中微子質量順序的大科學工程。

　　中微子實驗室未開始運作，已創造了多項突破。

　　中微子實驗室探測器中的不鏽鋼網外殼是國內最大的單體不鏽鋼主結構之一，直徑長達41米。不鏽鋼外殼要製成構件，運到洞下，為了不使變形，科研人員研製了高強度不鏽鋼短尾環槽鉚釘。這項技術首次中於鋼結構領域，獲得中國機械通用零部件工業協會鑒定並發布了相關標準，創造了一個工業標準。

　　在研發光電倍增管的過程中，開展各種有關光電器件的研發。這些器件現在已廣泛用於航天、醫療、探測器等，推動了產業發展。

　　去年12月大亞灣中微子實驗室退休後，江門中微字實驗室肩負起繼續探測的重任，將於2023年投入運行。建成後，它將與日本的「頂級神岡」探測器（Hyper-Kamiokande）和美國的「深部地下中微子實驗」（Dune）裝置形成世界三大中微子大科學裝置。有了大科學裝置，對推動粵港澳大灣區內的科研及產業發展就大有幫助了。