Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Цзиньпин Подземной лаборатория Китая ( Китайский :中国锦屏地下实验室; пиньинь : Чжунго j пинганет Dixia Шиян shì ) является глубокой подземной лабораторией в Цзиньпине гор в провинции Сычуань , Китай. Скорость распространения космических лучей в лаборатории составляет менее 0,2 мюона / м 2 / день [5], что помещает лабораторию на глубину 6720  мв.э. [6] : 2 и делает ее самой защищенной подземной лабораторией в мире. [7] : 17Фактическая глубина лаборатории составляет 2400 м (7900 футов), но имеется горизонтальный доступ, поэтому оборудование может быть доставлено на грузовике.

Хотя мрамор, через который вырыты туннели, считается « твердой породой », на большой глубине он представляет более серьезные инженерно-геологические проблемы [8] [9] : 16–27 [10] : 16–19, чем даже более твердые магматические породы в какие еще построены глубокие лаборатории. [11] : 13–14 Давление воды в породе 10 МПа (1500 фунтов на квадратный дюйм; 99 атм) также неудобно. Но мрамор имеет преимущество для радиационной защиты , чтобы быть с низким содержанием радионуклидов , [12] [13] , таких как 40 K , 226Ра , 232 Th , [7] : 17 и 238 U . [14] : 16 Это, в свою очередь, приводит к низкому уровню радона ( 222 Rn ) в атмосфере. [15] : 5

Лаборатория находится в Ляншане на юге провинции Сычуань, примерно в 500 км к юго-западу от Чэнду . [7] : 3 Ближайший крупный аэропорт - аэропорт Сичан Циншань , расположенный в 120 км (75 миль) по дороге. [9] : 5

История [ править ]

Проект гидроэлектростанции плотины Цзиньпин-II включал в себя рытье ряда больших туннелей под горами Цзиньпин : четыре больших туннеля с водоразбором протяженностью 16,7 км (10,4 мили), несущие воду на восток, [8] : 30, два туннеля для доступа транспортных средств по 17,5 км (10,9 миль), [9] : 1 и один водоотводящий тоннели. Услышав о раскопках в августе 2008 г. [16] [17] физики из Университета Цинхуа определили, что это будет отличное место для глубокой подземной лаборатории [18], и договорились с гидроэнергетической компанией о раскопках лабораторного пространства в середине туннели.

Официальное соглашение было подписано 8 мая 2009 г. [16], и раскопки были начаты незамедлительно. [9] : 29 Первая фаза CJPL-I , состоящая из главного зала 6,5 × 6,5 × 42 м (21 × 21 × 138 футов), [19] : 8 плюс 55 м (180 футов) подъездного туннеля (4000 м). 3 всего раскопок) [9] : 15 было раскопано к маю 2010 г. [20] : 7 и строительство завершено 12 июня 2010 г. [20] : 7 Официальное открытие лаборатории состоялось 12 декабря 2010 г. [9] : 37

Лаборатория находится к югу от самого южного из семи параллельных туннелей, транспортного туннеля A.

Воздушная вентиляция в CJPL-I изначально была недостаточной, что приводило к накоплению пыли на оборудовании и газообразному радону в воздухе до тех пор, пока не была установлена ​​дополнительная вентиляция. [21] : 239

Более сложная проблема заключается в том, что стены CJPL-I были облицованы обычным бетоном, взятым из поставки гидроэлектростанции. Это имеет естественную радиоактивность выше, чем желательно для лаборатории с низким уровнем фона. [21] : 238 На втором этапе строительства используются материалы, отобранные с учетом низкой радиоактивности. [22] : 30–37

Расширение CJPL-II [ править ]

В настоящее время лаборатория значительно расширяется (в 50 раз). Первая фаза была быстро завершена, а планы на вторую были составлены быстро, прежде чем землеройные рабочие и оборудование ушли после завершения проекта гидроэлектростанции в 2014 году. [23] : 20

Немного к западу от CJPL-I, два объездных туннеля общей протяженностью около 1 км (3300 футов) [23] : 20 осталось от строительства семи туннелей гидроэнергетического проекта. Это наклонные перекрещивающиеся туннели, которые соединяют середины пяти водных туннелей (четыре верхних и один дренажный) с дорожными туннелями рядом и немного выше них. Всего 210 000 м 3 (7,4 × 10 6  кубических футов), [24] : 4 и первоначально предназначенные для перекрытия после строительства, [23] : 20 они были переданы в дар лаборатории и будут использоваться для вспомогательных помещений. [25] : 5^

В результате расширения было добавлено 151 000 м 3 (5,3 × 10 6  куб футов), [26] : 4 дополнительных выемки ^[ <span title = "Эта цифра основана на ямах шириной 16 м и глубиной; их нынешние размеры прибавили примерно 2900 м 3 (январь 2016 г.) «> требуется обновление ] : несколько соединительных туннелей доступа, четыре больших экспериментальных зала, каждый 14 × 14 × 130 м (46 × 46 × 427 футов), [24] : 6 [10] : 12 [ 15] : 15 [23] : 22 [21] : 239–240и две ямы для экранирования резервуаров под полом холлов. [27] : 20–21 [23] : 24,27 В China Dark Matter Experiment есть цилиндрическая яма глубиной 18 м (59 футов) и диаметром, [a] которая будет заполнена резервуаром с жидким азотом , и PandaX имеет эллиптическую яму [b] для водозащитного резервуара глубиной 27 × 16 м (89 × 52 футов) и 14 м (46 футов). [21] : 239–240 245 Залы были завершены к концу 2015 г., [27] : 17 , карьеры к маю 2016 г., [23] : 24 и по состоянию на май 2017 г.оснащаются системами вентиляции [23] : 24–25 и др. необходимыми принадлежностями. (Это несколько ниже ожиданий, что они будут готовы к оккупации в январе 2017 года. [15] : 20 )

После завершения это будет самая большая подземная лаборатория в мире, которая превзойдет нынешнего рекордсмена Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Хотя большая глубина и более слабая порода вынуждает залы быть уже, чем основные залы ЛНГС шириной 20 м (66 футов), их общая длина 520 м (1710 футов) обеспечивает большую площадь пола (7280 vs.6000 м 2 ), чем три зала ЛНГС общей площадью 300 метров (980 футов).

Залы CJPL также имеют больший объем, чем залы LNGS. CJPL имеет93 300 м 3 [6] [c] в самих залах, а также дополнительный9300 м 3 в защитных котлованах, всего102 600 м 3 , что немного больше, чем у ЛНГС95 100 м 3 . [d]

Включая служебные помещения за пределами основных залов, результат 200 000–300 000 м 3 полезной площади, [27] : 18 [23] : 22 [21] : на 239 больше, чем у ЛНГС в целом180 000 м 3 . Общий объем CJPL361 000 м 3 предполагает, что CJPL вдвое больше, но это вводит в заблуждение; все выемки LNGS были спроектированы как лаборатория, и поэтому могут использоваться более эффективно, чем туннели CJPL перепрофилированного назначения.

Благодаря тому, что лаборатория расположена на территории крупного гидроузла, дополнительная электроэнергия легко доступна. CJPL-II питается от двух резервированных 10 кВ,Силовые кабели 10  МВА ; [24] : 15 [27] : 21 доступная мощность временно ограничена понижающими трансформаторами 5 × 250 кВА в лаборатории (по одному на экспериментальный зал и пятый для помещений). [24] : 15 Также нет недостатка в воде [24] : 14 для охлаждения мощного оборудования.

Поток мюонов в CJPL-II (и, следовательно, водный эквивалент глубины) в настоящее время измеряется [23] : 25 и может незначительно отличаться от CJPL-I, но он определенно останется ниже, чем SNOLAB в Канаде и, таким образом, сохранит рекорд а также самая глубокая лаборатория в мире.

Эксперименты [ править ]

В настоящее время в CJPL проводятся следующие эксперименты:

  • China Dark Matter Experiment (CDEX), германиевый детектор темной материи , [28]
  • PandaX , Детектор частиц и астрофизического ксенона для темной материи (и безнейтринного двойного бета-распада ), [7] и
  • 1-тонный прототип запланированного 100-тонного эксперимента Jinping Neutrino , [29] [30] [27] : 23 эксперимент, использующий преимущество расположения CJPL вдали от ядерных реакторов, и, таким образом, имеющий самый низкий поток реакторных нейтрино из всех подземных лаборатория, [26] : 6 для прецизионных измерений солнечного и геонейтрино . [31] [15] : 29

В лаборатории также работает установка с низким уровнем фона, в которой используется детектор из высокочистого германия для измерения очень низких уровней радиоактивности. [1] : 7 [19] Это не физический эксперимент, а проверка материалов, предназначенных для использования в экспериментах. Он также тестирует материалы, используемые для создания CJPL-II. [24] : 27–32

В настоящее время для CJPL-II запланированы следующие эксперименты: [15] : 24–29 [27] : 23

  • более крупная версия CDEX в тоннах, [10] : 23 [15] : 25 [27] : 23 [23] : 27
  • большая версия PandaX в тоннах, [10] : 25 [15] : 26 [27] : 23
  • Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), эксперимент по измерению скорости астрофизически важных ядерных реакций звезд , [32] [15] : 27 и
  • возможный детектор темной материи из жидкого аргона . [15] : 28 [27] : 23 [23] : 26

Также есть предложения по:

  • CUPID ( CUORE Upgrade with Particle Identification), эксперимент по безнейтринному двойному бета-распаду, [23] : 26 и
  • направленный детектор темной материи, созданный коллаборацией MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) [27] : 23 в качестве продолжения их детектора, который в настоящее время работает в подземной лаборатории Modane . [33]

Заметки [ править ]

  1. ^ Ранее планировалось, что ширина и глубина составит 16 м, но теперь их увеличили до 18 м.
  2. ^ Не совсем ясно, является ли яма эллиптической (площадью 27 × 16 × π / 4 =339,3 м 2 ) или овальной формы стадиона (площадью 11 × 16 + 16 2 × π / 4 =377,1 м 2 ). Разница в объеме4750 м 3 vs.5279 м 3 .
  3. ^ Чертежи поперечных сечений залов CJPL противоречивы. [19] : 13 Сводчатая крыша шириной 14 м спролетами сагитты 4,08 мпод углом 121 °; меньший показанный угол 114 ° будет означать больший радиус и меньшую сагитту 3,8 м. Это приводит к площади поперечного сечения 179,434 и 180,275 м 2 соответственно, а лабораторные объемы93 306 и93 743 м 2 соответственно.
  4. ^ Предполагается, что основные залы ЛНГС будут иметь ширину 20 м с полусферической крышей с пиком 18 м. Таким образом, площадь поперечного сечения составляет 20 × (8 + 10 × π / 4) = 317,08 м 2 .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Цзэн, Чжи (2011-03-26). Установка оборудования с низким уровнем фона в CJPL: краткое введение (PDF) . Симпозиум по будущему применению германиевых детекторов в фундаментальных исследованиях . Пекин . Проверено 19 ноября 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  2. ^ Возможности нейтрино в Цзиньпине (PDF) . 28 мая 2015 года . Проверено 24 декабря 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  3. ^ «Проект сбора данных для CJPL» . 21 августа 2010 . Проверено 16 сентября 2015 . Положение CJPL в Google Maps - http://goo.gl/xwcA (вы можете использовать координаты прямо в Google Maps: 28.153227,101.711369) CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка ) Это CJPL-I; CJPL-II находится примерно в 500 м западнее.
  4. ^ Лин, СТ; YuJainmin, Q. (12 сентября 2013 г.). Состояние и перспективы CJPL и эксперимента CDEX . 13-я Международная конференция по вопросам астрономической физики и подземной физики . Физические процедуры . 61 . С. 201–204. Bibcode : 2015PhPro..61..201L . DOI : 10.1016 / j.phpro.2014.12.032 . Лаборатория принадлежит компании YaLong River Hydropower Development Company и управляется университетом Цинхуа, Китай.
  5. ^ Ву, Юй-Чэн; Хао, Си-Цин; Юэ, Цянь; Ли, Юань-Цзин; Ченг, Цзянь-Пин; Кан, Ке-Джун; Чен, Юнь-Хуа; Ли, Джин; Ли, Цзянь-Минь; Ли, Ю-Лань; Лю, Шу-Куй; Ма, Хао; Рен, Цзинь-Бао; Шен, Ман-Бин; Ван, Джи-Мин; Ву, Ши-Юн; Сюэ, Дао; Йи, Нан; Цзэн, Сюн-Хуэй; Цзэн, Чжи; Чжу, Чжун-Хуа (август 2013 г.). «Измерение потока космических лучей в подземной лаборатории Китая Цзиньпин» (PDF) . Китайская физика C . 37 (8): 086001. arXiv : 1305.0899 . Bibcode : 2013ChPhC..37h6001W . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 37/8/086001 . Архивировано из оригинального (PDF) 01.01.2017.
  6. ^ а б Ли, джайнминь; Цзи, Сяндун; Хэкстон, Вик; Ван, Джозеф С.Ю. (9 апреля 2014 г.). «Второй этап развития подземной лаборатории Китая Цзиньпин» . Физические процедуры . 61 : 576–585. arXiv : 1404.2651 . Bibcode : 2015PhPro..61..576L . DOI : 10.1016 / j.phpro.2014.12.055 .
  7. ^ а б в г Сотрудничество с PandaX (август 2014 г.). «PandaX: эксперимент с жидким ксеноном и темной материей в CJPL». Наука Китай Физика, механика и астрономия . 57 (8): 1476–1494. arXiv : 1405.2882 . Bibcode : 2014SCPMA..57.1476C . DOI : 10.1007 / s11433-014-5521-2 .
  8. ^ а б Чжан, Чуньшэн; Чу, Вэйцзян; Лю, Нин; Чжу, Юншэн; Хоу, Цзин (2011), «Лабораторные испытания и численное моделирование хрупкого мрамора и сдавливающего сланца на гидроэлектростанции Цзиньпин II, Китай» (PDF) , Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering , 3 (1): 30–38, doi : 10.3724 / SP.J.1235.2011.00030
  9. ^ a b c d e f Ли, Цзяньминь (6 сентября 2013 г.). Статус и план Китайской подземной лаборатории Цзиньпин (CJPL) (PDF) . 13-я Международная конференция по темам астрономической физики и подземной физики: городское собрание для второй фазы развития подземной лаборатории в Цзиньпине в Китае . Асиломар, Калифорния . Проверено 19 ноября 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  10. ^ a b c d Ли, Цзяньминь (9 сентября 2015 г.). Недавний статус и перспективы CJPL (PDF) . XIV Международная конференция по темам астрономической физики и подземной физики (TAUP2015) . Проверено 28 ноября 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  11. ^ Чжао, Чжихун (2015-06-05). Геологические условия и геотехническая осуществимость . 2015 Семинар по программе Jinping Neutrino . Университет Цинхуа . Проверено 15 августа 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  12. ^ Чуйская, Glennda (февраль 2010), " самая глубокая в мире лаборатория , предложенная в Китае" , Симметрия , 7 (1): 5, ISSN 1931-8367 
  13. Стрикленд, Элиза (29 января 2014 г.), «Самый глубокий подземный детектор темной материи для запуска в Китае» , IEEE Spectrum , 51 (2): 20, doi : 10.1109 / MSPEC.2014.6729364 , новая подземная лаборатория Китая является самой глубокой в мире, что означает, что он хорошо защищен от космического излучения; кроме того, окружающая его скала сделана из мрамора, в котором особо отсутствуют радиоактивные материалы, которые могут давать ложные сигналы. «Большим преимуществом является то, что PandaX намного дешевле и не требует большого количества защитного материала», - говорит Лорензон.
  14. ^ Покар, Андреа (8 сентября 2014). Поиск двойного бета-распада без нейтрино с помощью EXO-200 и nEXO (PDF) . Мастерская по нейтринным колебаниям . Отранто . Проверено 10 января 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  15. ^ a b c d e f g h i Ян, Ли-Тао (21 июля 2016 г.). Недавний статус Подземной лаборатории Китая Цзиньпин (CJPL) . Идентификация темной материи 2016 . Шеффилд. Архивировано из оригинального 19 августа 2016 года.
  16. ^ Б Normile, Деннис (5 июня 2009), "Китайский Ученые надеются сделать Глубочайшее, Darkest Мечты сбываются" , Science , 324 (5932): 1246-1247, DOI : 10.1126 / science.324_1246 , PMID 19498133 
  17. ^ Федер, Тони (сентябрь 2010 г.), «Китай, другие копают все больше и больше подземных лабораторий», Physics Today , 63 (9): 25–27, Bibcode : 2010PhT .... 63i..25F , doi : 10.1063 / 1.3490493
  18. ^ Канг, KJ; Cheng, JP; Чен, YH; Li, YJ; Шен, МБ; Wu, SY; Юэ, К. (1 июля 2009 г.). Состояние и перспективы глубокой подземной лаборатории в Китае . Темы астрономической физики и подземной физики (TAUP 2009) . Журнал физики: Серия конференций . 203 (12028). Рим. DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 203/1/012028 .
  19. ^ a b c d Юэ, Цянь (28 февраля 2014 г.). Статус и перспективы CJPL (PDF) . Темная материя 2014 . Вествуд, Калифорния. Архивировано из оригинального (PDF) 29 ноября 2014 года . Проверено 19 ноября 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка ) Рисунок на стр. 13 показывает форму залов, хотя размеры изменились.
  20. ^ a b Вонг, Генри (06.09.2011). Строительство и ввод в эксплуатацию подземной лаборатории China Jinping и эксперимент CDEX-TEXONO . 12-я Международная конференция по вопросам астрономической физики и подземной физики . Мюнхен . Проверено 19 ноября 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  21. ^ Б с д е е Cheng, Jian-Ping; Кан, Ке-Джун; Ли, Цзянь-Минь; и другие. (Октябрь 2017 г.). «Подземная лаборатория Китая Цзиньпин и ее ранняя наука» . Ежегодный обзор ядерной науки и науки о частицах . 67 : 231–251. arXiv : 1801.00587 . Bibcode : 2017ARNPS..67..231C . DOI : 10.1146 / annurev-nucl-102115-044842 .
  22. Цзэн, Чжи (23 октября 2015 г.). Статус CJPL-II (PDF) . Заключительный симпозиум китайско-германского сотрудничества GDT . Замок Рингберг , Германия . Проверено 1 марта 2018 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  23. ^ Б с д е е г ч я J к л Ма, Хао (24 мая 2017 г.). Подземная лаборатория Китая Цзиньпин (CJPL): состояние и перспективы (PDF) . Методы низкой радиоактивности 2017 . Сеул.
  24. ^ Б с д е е г ч я J K Ли, Цзяньминь (2015-06-05). Введение в подземную лабораторию Цзиньпин II . 2015 Семинар по программе Jinping Neutrino . Университет Цинхуа . Проверено 15 августа 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка ) Описание хода строительства CJPL-II до начала мая 2015 года. Обратите внимание, что на некоторых страницах этой презентации указано, что размеры залов 12 × 12 м; похоже, это цифры, скопированные из старых презентаций, и 14 × 14 - новое решение.
  25. ^ а б Ли, джайнминь; Цзи, Сяндун; Хэкстон, Вик; Ван, Джозеф С.Ю. (12 сентября 2013 г.). Второй этап развития Китайской подземной лаборатории в Цзиньпине для обнаружения физических явлений и мультидисциплинарных датчиков . 13-я Международная конференция по вопросам астрономической физики и подземной физики . Асиломар, Калифорния . Проверено 21 ноября 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  26. ^ а б Ван, Чжэ (5 ноября 2016 г.). Подземная лаборатория Китая Цзиньпин и нейтринный эксперимент Цзиньпин (PDF) . Международный семинар по детекторам распада нуклонов и нейтрино нового поколения (NNN16) . Шанхай.
  27. ^ a b c d e f g h i j k l Лин, Шин-Тед (29 декабря 2016 г.). Статус и результаты сотрудничества CDEX в подземной лаборатории Цзиньпин (PDF) . 4-й Международный семинар по темной материи, темной энергии и асимметрии материя-антивещество . Синьчжу, Тайвань.
  28. Цянь Юэ (24 марта 2011 г.). Китайская подземная лаборатория Цзиньпин (CJPL) и Китайский эксперимент с темной материей (CDEX) (PDF) . Симпозиум по будущему применению германиевых детекторов в фундаментальных исследованиях . Пекин . Проверено 19 ноября 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  29. Сюй, Бенда (9–13 сентября 2019 г.). Цзиньпинский эксперимент с нейтрино: отчет о состоянии . XVI Международная конференция по темам астрономических частиц и подземной физики (TAUP 2019) . Тояма, Япония. DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 1468/1/012212 .
  30. ^ Биком, Джон Ф .; и другие. (21 июня 2015 г.). «Письмо о намерениях: эксперимент с нейтрино Цзиньпин». Китайская физика C . 41 (2): 023002. arXiv : 1602.01733 . Bibcode : 2017ChPhC..41b3002B . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/2/023002 .
  31. ^ Шрамек, Ондржей; Росковец, Бедржих; Wipperfurth, Scott A .; Си, Юфэй; Макдонаф, Уильям Ф. (9 сентября 2016 г.). «Выявление мантии Земли с самых высоких гор с помощью эксперимента Цзиньпин с нейтрино» (PDF) . Научные отчеты . 6 : 33034. Bibcode : 2016NatSR ... 633034S . DOI : 10.1038 / srep33034 . PMC 5017162 . PMID 27611737 .   
  32. ^ Лю, Вэйпин; и другие. (12 февраля 2016 г.). Прогресс подземной лаборатории ядерной астрофизики Цзиньпин (JUNA) . Сеть конференций EPJ . 109 (9001). DOI : 10.1051 / epjconf / 201610909001 .
  33. ^ Сантос, Д .; Billard, J .; Bosson, G .; и другие. (8 апреля 2013 г.). «MIMAC: матрица micro-tpc для направленного обнаружения темной материи». Журнал физики: Серия конференций . 460 : 012007. arXiv : 1304.2255 . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 460/1/012007 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница CJPL (Университет Цинхуа)
  • Домашняя страница эксперимента Цзиньпин с нейтрино (Университет Цинхуа)
  • Страница CJPL на GitHub
  • Симпозиум по будущему применению германиевых детекторов в фундаментальных исследованиях в Пекине, с многочисленными презентациями CJPL
  • Городское собрание по вопросам 2-й фазы развития подземной лаборатории в Цзиньпине в Китае (8 сентября 2013 г.) на 13-й Международной конференции по темам астрономической физики и подземной физики
  • Презентации конференции CJPL 2015