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开平广播电视台 · 公众号 · 广东 · 2024-12-18 16:30

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12月18日，随着项目经理王贻芳院士宣布启动灌注，江门中微子实验（JUNO）液体灌注正式开始。经过超纯水系统层层过滤的超纯水以100吨/小时的流量注入到探测器水池内，标志着江门中微子实验建设来到最后一个关键节点。

王贻芳宣布启动灌注

JUNO的核心探测器设备为一个有效质量2万吨的液体闪烁体探测器（中心探测器），位于地下实验大厅内44米深的水池中央。直径41.1米的不锈钢网壳是探测器的主支撑结构，承载35.4米直径的有机玻璃球、两万吨液体闪烁体、两万只20英寸光电倍增管、两万五千只3英寸光电倍增管、前端电子学、电缆、防磁线圈、隔光板等诸多探测器部件。布满中心探测器内壁的光电倍增管共同探测中微子被液体闪烁体“俘获”时产生的闪烁光，将光信号转换为电信号输出。较目前国际最好水平，该中心探测器的液体闪烁体体积增大了20倍，光电子产额增大了3倍，能量分辨率提高2倍、达到前所未有的3%。

JUNO中心探测器底部

中心探测器浸泡在圆柱形的水池中，水池兼做水契伦科夫探测器和屏蔽体。水池顶部为约1000平方米的宇宙线径迹探测器。水契伦科夫探测器和宇宙线径迹探测器联合探测宇宙线，从而可将其对中微子探测的影响去除。水池中的水还可屏蔽岩石的天然放射性及宇宙线在附近岩石中产生的大量次级粒子。

液体灌注分两步走，前2个月将超纯水灌满中心探测器有机玻璃球内外空间，再用6个月将有机玻璃球内部的超纯水置换为液体闪烁体。预计2025年8月完成全部灌注任务，开始正式运行取数。

JUNO合作组现场工作人员

江门中微子实验（JUNO）以测量中微子质量顺序为首要科学目标，并进行其它多项重大前沿研究，项目团队由17个国家与地区、700多位成员组成。江门中微子实验建成后将成为国际中微子研究的中心之一，与正在建设的日本顶级神冈中微子实验（Hyper-K）和美国深部地下中微子实验（DUNE）形成中微子研究的鼎足之势。我国在中微子研究领域的国际领先地位将得到进一步巩固。

中微子，作为构成物质世界的基本粒子之一，不仅是宇宙中最古老、数量最多的物质粒子，还因质量极轻、运动速度接近光速且几乎不与任何物质发生反应而极具神秘色彩，从1956年人类发现中微子以来，对中微子的探索与研究从未停止，然而由于中微子极难探测，使其至今还有很多未解之谜。

为了深入探索中微子的奥秘，位于开平市金鸡镇的江门中微子实验于2013年立项，2015年正式开工建设。该实验以测量中微子质量顺序为首要科学目标，并同步进行超新星中微子、地球中微子、太阳中微子、大气中微子、质子衰变等多项重大前沿交叉研究。

江门中微子实验的核心探测设备是一个位于地下700米的巨型液体闪烁体探测器。该探测器被安置在地下实验大厅内一个深达44米的池子中央。其主体结构为一个直径41.1米的不锈钢网壳，这一坚固的支撑结构能够承载直径35.4米的有机玻璃球、2万吨液体闪烁体、以及数以万计的光电倍增管、电缆、防磁线圈、隔光板等关键探测器部件。

10月9日拍摄的建设中的江门中微子实验中心探测器（拼接照片）。来源：新华社

尤为值得一提的是，江门中微子实验探测器主体采用了世界上最大的单体有机玻璃结构，共计263块、每块厚度达120毫米的有机玻璃拼接而成。这种“薄如蛋壳”的玻璃球不仅拥有出色的抗拉扯和抗撞击性能，还能在内外不同压强的液体环境中保持稳定，满足未来30年的使用需求。待所有安装任务完成后，科研人员将在有机玻璃球内注入特制的液体闪烁体，并在放置探测器的池中注入超纯水，直至将整个探测器完全淹没。

王贻芳表示：“通过江门中微子实验这一大科学装置来认识、研究中微子，对于粒子物理、天体物理、宇宙学等基础科学领域具有深远的意义。同时，在建设过程中，我们也在国产新型光电倍增管研制、高性能液体闪烁体研制、超大型高精度探测器设计制造、超大跨度实验洞室等一系列前沿技术领域取得了实质性突破，充分展现了大科学计划对技术和产业发展的强大拉动作用。”

来源：中国科学院高能物理研究所、江门日报

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