地下2400米的实验室:在“世界最深处”探寻物理奥秘

2019-09-25 投稿人 : www.jfbar.com 围观 : 626 次

在2,400米的地下地图中建造了实验室

- 探索“世界上最深处”的物理奥秘(上)

我们的记者盛丽

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最近,清华大学作为独立法人实体开展的第一个重大科技基础设施 - “极深的地下低辐射背景正面物理实验设施”启动,标志着清华大学和亚龙水电开发发展有限。流域。公司联合建设的极深地下实验室 - “中国金平地下实验室”进入了加速建设的新阶段。

为什么地下实验室能够获得低宇宙辐射条件?这个地下实验室如何在特定实验中屏蔽宇宙射线?日前,记者采访了相关专家。

用极厚的岩石阻挡宇宙射线

在中国金平地下实验室建设的基础上,“非常深的地下低辐射背景边界物理实验设施”是中国“十三五”重大技术基础设施的10个优先启动项目之一。该设施建成后,中国锦屏地下实验室将成为一个岩石覆盖度为2400米,宇宙通量低于每平方米每年100个,可用空间为30万立方米的世界。背景平台。

清华大学工程物理系教授岳宇表示,“背景”是实验研究中观察到的粒子物理学,核物理学,辐射防护和其他电离辐射干扰领域,与物理研究希望的真实物理信号相对应。获得。信号的一般术语。

对于诸如直接探测暗物质和中微子实验等尖端物理实验,外部辐射有两个主要来源:一个来自宇宙射线本身,另一个来自宇宙射线轰击实验装置周围材料产生的二次放射性核素;一种是在实验装置所处环境中的各种材料中所含的天然长寿命放射性核素,例如岩石,混凝土和地下钢铁中含有的铀-238和钍-232等长寿命放射性核。实验室。它腐烂的放射性女儿。

清华大学工程物理系副教授马浩说,宇宙射线主要是指来自外太空的各种高能带电粒子,以及由这些高能量产生的二次带电粒子和中性粒子。能量粒子在运动过程中与环境介质相互作用。一般名称。在地球表面以上几公里的大气层中,宇宙射线的粒子成分主要包括质子,中子,电子,蝎子,伽马射线,中微子等。这些颗粒中的一些将撞击地面并穿透一定厚度的岩石和土壤。 “地下实验室的主要作用是用一层厚厚的岩石阻挡宇宙射线,这反过来又大大减少了宇宙射线对尖端物理实验的背景贡献,”马说。

“这些宇宙射线辐射和放射性核素辐射得到很好的屏蔽,诸如暗物质和中微子等前沿物理实验可以在地下实验室中这些辐射屏蔽装置提供的极低背景环境中进行高灵敏度实验。研究。“岳璐说。

三种类型的器件提高了屏蔽效果

根据规划,中国锦屏地下实验室地下空间将建设三种屏蔽装置,即大型液氮低温屏蔽装置,大型常温纯水屏蔽装置,组合式固体辐射屏蔽装置。

“这些设备主要是为了进一步减少建筑材料(如岩石,混凝土和钢铁)在实验室周围的背景贡献,以及宇宙射线到物理实验。”岳宇说,大型液氮低温屏蔽装置是直接探测暗物质。中微子双β衰变实验提供了良好的屏蔽系统和低温工作环境。通过使用约6米的高纯度液氮屏障,可以减少岩石和建筑材料的辐射背景,使未来的实验装置可以在液体中。氮气低温介质“静静地”工作;大型常温纯水屏蔽装置主要提供常温工作环境和良好的屏蔽系统,可直接检测暗物质和中微子实验,并使用足够的纯水阻挡外部岩石和建筑物。材料对实验的辐射背景贡献;组合式固体辐射屏蔽装置主要采用聚乙烯,铅,高纯度无氧铜等材料,为相对较小的实验提供灵活,灵活的屏蔽系统,以适应不同的探测器形状和尺寸科学实验的背景屏蔽要求。

目前,世界上有10多个地下实验室进行粒子物理和核物理研究,岩层厚度从数百米到2000多米不等。通常覆盖世界上2000多米岩石的地下实验室被称为深地实验室。 “目前,世界上只有两个深度实验室正在进行粒子物理实验,中国锦屏地下实验室和加拿大雪实验室。加拿大雪地实验室的岩石覆盖面已达2100米,金平地下中国。实验室的岩层厚度为2400米,是世界上最厚的地下实验室。“岳宇说,中国锦屏地下实验室不仅拥有世界上最厚的岩层,而且还是一个隧道式地下实验室。将大型实验设备运送到地下实验室很方便。与加拿大雪实验室的筒仓地下实验室相比,中国锦屏地下实验室在设备运输,人员准入和安全管理方面更加便捷。

岳瑜说,国内外地下实验室的低本底前沿实验,一般都建造一些适合自己实验的屏蔽装置。基本原则大致相同。主要区别在于屏蔽系统的尺寸和操作方便。中国锦屏地下实验室以其岩石覆盖最深、地下空间最大的特点,拥有规模庞大、种类繁多的地下施工配套设备。它还优化了屏蔽装置,以满足未来几十年尖端科学实验的需要。