世界最大！地下700米的這個“玻璃球”，探尋宇宙之初
記者今天（10月11日）從中國科學(xué)院獲悉，位于地下700米的江門中微子實驗（JUNO）的中心探測器內(nèi)部、世界最大的單體有機玻璃球已經(jīng)全部建成，進入建設(shè)的收官階段。
中微子是宇宙形成之初就存在的最古老也最原始的基本粒子，攜帶著非常多重要的神秘信息，研究中微子對于認識宇宙和我們現(xiàn)存的世界物質(zhì)都具有非常重要的意義，也是國際最前沿的基礎(chǔ)科學(xué)。
江門中微子實驗以測量中微子質(zhì)量順序為首要科學(xué)目標(biāo)，并進行其它多項重大前沿研究，其核心探測設(shè)備位于地下700米的實驗大廳內(nèi)44米深的水池中央，它由直徑41米的不銹鋼網(wǎng)殼、直徑35.4米的有機玻璃球，以及2萬噸液體閃爍體、45000只光電倍增管等關(guān)鍵部件組成。
江門中微子實驗2013年立項，2015年開工建設(shè)地下實驗硐室，2021年底，地下硐室交付使用并開始探測器安裝。目前，江門中微子實驗中心探測器最內(nèi)層的有機玻璃球已合攏，外層的不銹鋼網(wǎng)架和光電倍增管也在有序合攏中，預(yù)計11月底完成全部安裝任務(wù)，并啟動超純水、液體閃爍體的灌裝，2025年8月正式運行取數(shù)，預(yù)計運行約30年。
江門中微子實驗有機玻璃球內(nèi)徑35.4米，由263塊12厘米厚的烘彎球面板和上下煙囪粘接而成，有機玻璃凈重約600噸，是世界最大的單體有機玻璃球。事實上，相比其35.4米的直徑，12厘米厚的有機玻璃球按比例換算，就好像雞蛋殼一樣薄。有機玻璃板材生產(chǎn)采用獨特配方和工藝，具有高透光率和低本底的特點，其天然放射性本底鈾和釷的質(zhì)量占比小于一萬億分之一。有機玻璃球粘接采用大體量注料、聚合、退火的本體聚合技術(shù)，粘接縫總長度約2公里，并采用特殊方法對粘接縫進行保護。
有機玻璃球作為探測中微子的靶物質(zhì)液閃的容器，將承載20000噸液閃，同時整個球體置于純水中運行，運行中需要長期承受約3000噸的浮力，該受力通過有機玻璃節(jié)點、連接桿和不銹鋼節(jié)點傳遞到不銹鋼網(wǎng)殼主結(jié)構(gòu)上，在連接桿上裝有傳感器進行受力監(jiān)測。特殊設(shè)計的不銹鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋入有機玻璃中作為有機玻璃節(jié)點，經(jīng)過反復(fù)設(shè)計優(yōu)化和上百次試驗最終獲得超高承載能力，并且部分不銹鋼節(jié)點采用碟簧設(shè)計方案、有效改善了有機玻璃節(jié)點的受力分布。
為了建造這一大科學(xué)裝置，江門中微子實驗團隊集智攻關(guān)、多措并舉，攻克多項技術(shù)難關(guān)：
1.成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國際最高光子探測效率的光電倍增管，打破了該領(lǐng)域的國際壟斷，并獲歐盟、美國、日本等的專利授權(quán)。
2.研制出高強度、高精度、高透光率光電倍增管水下防爆系統(tǒng)。
3.研發(fā)了高潔凈度、高密封、高效率的液體閃爍體（簡稱液閃）純化系統(tǒng)，獲得目前國際上衰減長度最高的液閃。
4.采用水下電子學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計，以民用器件實現(xiàn)了航天級別的可靠性。
5.完成有機玻璃球、不銹鋼網(wǎng)架等探測器關(guān)鍵部件的設(shè)計、研制、批量生產(chǎn)及安裝。
6.建成國內(nèi)最大跨度的深埋地下洞室，該洞室頂部起拱跨度達49.5米，相關(guān)施工屬于世界級的超常規(guī)地下工程。
江門中微子實驗建成后將成為國際中微子研究的中心之一，與日本的頂級神岡中微子實驗和美國的深部地下中微子實驗形成中微子研究的鼎足之勢。這將使我國在中微子研究領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位得到進一步鞏固。