■本報記者 倪思潔

　　廣東江門。

　　在一座名叫“打石山”的深山里，一群人正在地下700米深處，打造一個有巨型“水球”的神秘基地。

　　這是目前國內跨度最大的地下洞室，光是用來支撐水球的網殼就用了900噸不銹鋼材料。

　　這個基地被稱為“江門中微子實驗”。

　　3月9日，記者從中科院高能物理研究所獲悉，江門中微子實驗中心探測器中41米直徑不銹鋼主結構的30榀支承結構在地下實驗廳內全部安裝就位并成功實現連接。這是不銹鋼主結構現場安裝的一個重要時間節點，也是巨型“水球”探測器現場建造的重要開端，接下來將進入球形網殼安裝階段。

　　誰在建這個神秘基地？他們到底要干啥？地下巨型“水球”怎么造？針對這些問題，《中國科學報》專訪了江門中微子實驗副發言人、中科院高能物理研究所研究員曹俊。

捕捉“幽靈粒子”

　　中微子是基本粒子世界中的“隱士”，號稱“幽靈粒子”，質量小、不帶電，它們從人體穿過、從地球穿過，幾乎不與任何物質發生相互作用。中微子的質量順序，是研究中微子質量及宇宙演化的基礎，也是國際中微子研究的核心問題。

　　江門中微子實驗就是用來捕捉中微子并測量中微子質量順序的大科學工程。作為退役的大亞灣中微子實驗站的后繼者，江門中微子實驗更靈敏，規模也更大。曹俊表示，2013年，江門中微子實驗項目正式立項，科研人員隨后對實驗進行概念設計。

　　按照設計，江門中微子實驗位于地下700米近12層樓高的地下洞室里，有一個大型的水池、一個中微子探測器，以及少量配套設施。

　　中微子探測器是江門中微子實驗的“心臟”，將裝滿2萬噸液體閃爍體和數萬只光電倍增管。液體閃爍體是探測中微子的介質，當大量中微子穿過探測器時，偶爾會在探測器內發生反應，發出極其微弱的閃爍光。液體閃爍體99.7%的成分是日用洗滌劑的一種原材料——烷基苯。液體閃爍體會被密封在鋼和有機玻璃制作的容器中，然后被浸泡在一個巨大的水池中。水池中會安裝能將光信號轉變成電信號的光電倍增管，中微子在液體閃爍體中發生反應后發出的閃爍光可以被光電倍增管捕捉到。

　　曹俊介紹，之所以這樣設計，是為了給探測器一個“干凈的環境”，“把探測器放在很深的地下，就可以用巖石來阻擋宇宙射線；把探測器泡在水池中，就可以用水來阻擋來自巖石、空氣、灰塵的天然放射性”。

三步建成巨型“水球”

　　“江門中微子實驗建設全流程大致分為三步?！辈芸≌f。

　　第一步是土建。2015年，江門中微子實驗破土動工，開始地下實驗室的土建工作?！斑@是國內跨度最大的地下洞室，由于地下水超出了研究人員的預期，土建過程中我們面臨巨大困難，以至于土建延期3年，直到2021年底才基本完成?！辈芸≌f。

　　“第二步是探測器安裝，將持續約1年半。第三步是液體閃爍體的生產與灌裝，大約需要半年時間?！辈芸≌f。

　　1月21日，江門中微子實驗中心探測器的不銹鋼網殼主結構第一榀支撐柱成功吊裝落位，標志著江門中微子實驗正式邁出了第二步?！疤綔y器現場安裝是江門中微子實驗建設攻關的關鍵階段?！辈芸≌f。

　　他介紹，江門中微子實驗中心探測器中的不銹鋼網殼是國內最大的單體不銹鋼主結構之一，直徑41米，將承載35.4米直徑的有機玻璃球、2萬噸液體閃爍體、2萬只20英寸光電倍增管、2.5萬只3英寸光電倍增管，以及前端電子學、電纜、防磁線圈、隔光板等諸多關鍵部件。

　　不銹鋼網殼用了大約900噸低放射性本底的不銹鋼材料。這些材料在工廠焊接成構件后，被運往實驗現場。在實驗現場，科研人員將用12萬套高強螺栓把它拼接成型。

　　曹俊介紹，由于不銹鋼網殼對結構制造的精度要求很高，科研人員從2013年項目立項開始就與設計、生產企業協同攻關。

　　他們解決了大型復雜結構焊接變形的問題，通過特殊工裝和工法完成了所有構件在工廠的高精度預拼裝；研發并確定了不銹鋼表面粗化技術，該技術將不銹鋼表面抗滑移系數從普通的0.2提高到0.5以上；針對項目特殊需求，研制了高強不銹鋼短尾環槽鉚釘。這些技術獲得了多項發明專利授權，其中不銹鋼短尾環槽鉚釘技術由中國機械通用零部件工業協會進行了鑒定，首次用于鋼結構領域，并據此發布了相關標準，填補了國內空白。

科研隊伍變身“地下”工作者

　　“現場安裝的開始意味著建設的主要工作已由土建隊伍轉交到科研隊伍手中?！辈芸≌f。

　　江門中微子實驗探測器的現場安裝工作幾乎都要在地下完成?！坝捎谔綔y器巨大，我們只能將部件運往地下實驗室，在地下完成組裝?！辈芸≌f。

　　土建期間，科研人員已經準備好了相關部件?！拔覀円恢痹谕介_展探測器技術研發和部件生產，攻克了大量關鍵技術問題，比如發明了世界上探測效率最高的光電倍增管、研制了最透明的液體閃爍體等。目前大部分部件已在工廠完成生產，存儲在工廠或租用的倉庫、測試場地中?！辈芸≌f。

　　比如，對于直徑35.4米的有機玻璃球，科研人員準備了265塊弧形有機玻璃板，其中最大一塊玻璃板長8米、寬3米、厚12厘米。安裝時，他們要將這些玻璃板通過隧道運到地下，然后在地下完成粘接。

　　“目前，現場的科研人員約十幾人，加上安裝工人、各探測器系統的合同廠家人員、后勤和支撐隊伍，共有幾十人，將來高峰期應該超過100人?！辈芸≌f。

　　疫情給安裝帶來了不少困難，特別是國際合作方面。曹俊告訴《中國科學報》，由國外合作者負責研制的設備本該由他們現場安裝，現在只能進行“遠程安裝”，即通過遠程技術支持，由中方研究人員和安裝工人配合完成。

　　據了解，江門中微子實驗計劃于2023年投入運行，設計壽命30年，建成后將與日本的“頂級神岡”探測器和美國的“深部地下中微子實驗”設施形成鼎足之勢。

　?。ㄔ醋浴吨袊茖W報》 2022-03-10 第3版 綜合，原文鏈接：https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2022/3/368489.shtm)