Jinping (laborator)

Laboratorul subteran chinez Jinping ( trad. chineză 中国锦屏地下实验室, pinyin Zhōngguó Jǐnpíng dìxià shíyànshì ) este un laborator subteran adânc din Munții Jinping din provincia Sichuan , China. Nivelul razelor cosmice în laborator nu depășește 0,2 muoni/(m² zi) [3] . Laboratorul este situat la o adâncime corespunzătoare stratului de apă echivalent de 6720 m [4] :2 și astfel este cel mai protejat laborator subteran din lume [5] :17 . Adâncimea efectivă a laboratorului este de 2400 m, dar are acces orizontal printr-un tunel, astfel încât echipamentul poate fi livrat pe drum.

Deși marmura în care sunt săpate tunelurile este considerată „ rocă dură ”, la mare adâncime prezintă probleme de inginerie și geologice mai grave [6] [7] :16–27 [8] :16–19 decât rocile magmatice și mai dure din care de obicei se construiesc laboratoare adânci [9] :13–14 . Presiunea apei din stâncă, care ajunge la 10 MPa (100 atm), provoacă de asemenea inconveniente. Cu toate acestea, are avantajul protecției împotriva radiațiilor în conținutul scăzut de radionuclizi [10] [11] precum 40 K , 226 Ra , 232 Th [5] :17 și 238 U [12] :16 . Aceasta, la rândul său, duce la un nivel scăzut de radon ( 222 Rn ) în atmosferă [13] :5 .

Laboratorul este situat în Liangshan în sudul Sichuanului, la aproximativ 500 km sud-vest de Chengdu [5] :3 . Cel mai apropiat aeroport major este Xichang Qingshan Airpot la o distanță de 120 km [7] :5 .

Istorie

Proiectul hidroelectric Jinping-II a inclus construirea unei serii de tuneluri sub Munții Jinping : patru conducte de apă cu lungimea de 16,7 km pentru alimentarea cu apă de la rezervor la generatoare [6] :30 , precum și două tuneluri de transport lungi de 17,5 km [7] ] :1 și un tunel de drenaj. După ce au aflat lucrările din lanțul muntos Jinping în august 2008 [14] [15] , fizicienii de la Universitatea Tsinghua au decis că va fi o locație excelentă pentru un laborator subteran [16] și au convenit cu o companie hidroenergetică să dezvolte un laborator spațiu în mijlocul tunelului.

Acordul oficial a fost semnat pe 8 mai 2009 [14] și imediat a început exploatarea [7] :29 . Prima fază a CJPL-I , constând dintr-o hală principală de 6,5 x 6,5 x 42 m [17] :8 și un tunel de acces lung de 55 m (total 4000 m³ de excavare) [7] :15 a fost finalizată până în mai 2010. , complet finalizat pe 12 iunie 2010 [18] :7 Deschiderea oficială a laboratorului a avut loc pe 12 decembrie 2010 [7] :37

Laboratorul se află la sud de cel mai sudic dintre cele șapte tuneluri paralele ale hidrocentralei Jinping II , tunelul de transport A.

Ventilația aerului la CJPL-I a fost inițial inadecvată, ducând la acumularea de praf pe echipamente și gaz radon în aer, dar ulterior a fost asigurată o ventilație suplimentară [19] :239 .

O problemă mai dificilă este că pereții CJPL-I au fost placați cu beton convențional preluat dintr-o alimentare de la o centrală hidroelectrică. Betonul are o radioactivitate naturală mai mare decât este de dorit pentru un laborator de fond scăzut [19] :238 . La a doua etapă de construcție s-au folosit materiale care au fost selectate ținând cont de radioactivitate scăzută [20] :30–37 .

Extensia CJPL-II

Ulterior, laboratorul sa extins semnificativ (de 50 de ori). Planurile de extindere au fost aprobate înainte ca muncitorii și echipamentele să părăsească tunelurile după finalizarea hidrocentralei în 2014 [21] :20 .

La vest de CJPL-I existau două tuneluri de ocolire, de aproximativ 1 km lungime [21] :20 , construite ca parte a construcției celor șapte tuneluri principale ale proiectului hidroenergetic. Acestea sunt tuneluri de traversare înclinate care leagă punctele medii a cinci conducte (patru principale și una de drenaj) cu tuneluri de transport paralele și ușor deasupra lor. Aceste tuneluri, cu un volum total de 210.000 m³ [22] :4 , care erau planificate a fi blocate după finalizarea construcției [21] :20 , au fost donate laboratorului pentru a fi folosite ca instalații auxiliare [23] :5 .

În timpul extinderii laboratorului, a fost efectuată o săpătură suplimentară de 151.000 m³ de sol [24] :4 : mai multe tuneluri de legătură, patru hale experimentale mari, fiecare măsurând 14 × 14 × 130 m [22] :6 [8] : 12 [13] :15 [ 21] :22 [19] :239–240 și două gropi pentru rezervoare de protecție sub podeaua halelor [25] :20–21 [21] :24,27 . Experimentul chinezesc pentru detectarea materiei întunecate a folosit o groapă cilindrică de 18 m diametru și adâncime [a] care conținea un rezervor de azot lichid , în timp ce experimentul PandaX a folosit o groapă eliptică [b] pentru un rezervor de apă de 27×16 m și 14 m. m adâncime [19] :239–240,245 . Halele au fost finalizate până la sfârșitul anului 2015 [25] :17 ; gropi - până în mai 2016 [21] :24 , iar din mai 2017 au fost echipate cu sisteme de ventilație [21] :24-25 și alte echipamente necesare. Data planificată de punere în funcțiune a fost definită ca ianuarie 2017 [13] :20 .

În prezent, este cel mai mare laborator subteran din lume, depășind anterior deținătorul recordului, Laboratorul Național Gran Sasso (LNGS), deținut de Italia. Deși adâncimea mai mare și roca mai slabă fac halele mai înguste decât halele GNL principale de 20 m, lungimea lor totală este de 520 m, ceea ce oferă o suprafață mai mare (7280 față de 6000 m²) decât cele trei hale LNGS, cu o suprafață totală de 300 m.

De asemenea, halele CJPL au un volum mai mare decât halele LNGS. CJPL are 93.300 m3 [4] [c] în halele propriu-zise și alți 9.300 m3 în gropi de izolare, pentru un total de 102.600 m3, puțin mai mult decât cei 95.100 m3 ai LNGS. [d]

Inclusiv spațiile de birouri din afara halelor principale, CJPL are 200–300 mii m³ de volum util [25] :18 [21] :22 [19] :239 față de 180.000 m3 pentru LNGS. Volumul total de 361.000 m3 sugerează că CJPL este de două ori mai mare, dar acest lucru este înșelător: toate instalațiile LNGS au fost proiectate ca un laborator și, prin urmare, pot fi utilizate mai eficient decât tunelurile CJPL reutilizate.

Datorită amplasării laboratorului pe teritoriul unei centrale hidroelectrice mari, electricitatea suplimentară este ușor disponibilă. CJPL-II este echipat cu două cabluri de alimentare redundante de 10 kV, 10 MVA; [22] :15 [25] :21 puterea disponibilă este limitată temporar la 5 × 250 kVA transformatoare coborâtoare (unul pentru fiecare cameră experimentală și o cincime pentru încăperile auxiliare) [22] :15 . De asemenea, nu lipsește apă [22] :14 pentru răcirea echipamentelor puternice.

Fluxul de muoni (și, prin urmare, echivalentul adâncimii apei) al CJPL-II este în prezent măsurat la [21] :25 și poate diferi ușor de CJPL-I, dar cu siguranță va rămâne mai mic decât SNOLAB în Canada și, astfel, CJPL va deține recordul ca cel mai adânc laborator din lume.

Experimente

Următoarele experimente sunt în curs de desfășurare la CJPL:

• China Dark Matter Experiment (CDEX), un detector de materie întunecată cu germaniu și
• PandaX , un detector de particule și xenon astrofizic pentru materia întunecată (și dezintegrarea beta dublă fără neutroni )

Laboratorul operează, de asemenea, o instalație de fond scăzut care utilizează un detector de germaniu de înaltă puritate pentru a măsura niveluri foarte scăzute de radioactivitate [2] [17] :7 . Acesta nu este un experiment fizic, ci un test de materiale destinate utilizării în experimente. El testează, de asemenea, materialele folosite pentru a crea CJPL-II [22] :27-32 .

Următoarele experimente sunt planificate în prezent pentru CJPL-II: [13] :24–29 [25] :23

• o versiune mai mare a CDEX cu o masă a detectorului în tone; [8] :23 [13] :25 [25] :23 [21] :27
• o versiune extinsă a lui PandaX cu o masă a detectorului în tone; [8] :25 [13] :26 [25] :23
• Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), un experiment pentru a măsura viteza reacțiilor nucleare importante din punct de vedere astrofizic în stele; [26] [13] :27 și
• eventual un detector de materie întunecată bazat pe argon lichid . [13] :28 [25] :23 [21] :26

Există, de asemenea, sugestii pentru:

• Experimentul Jinping Neutrino [27] [25] :23 - un experiment care profită de locația CJPL departe de reactoarele nucleare și, prin urmare, are cel mai scăzut flux de neutrini din reactor din orice laborator subteran, [24] :6 pentru a face măsurători precise ale soarelui și geoneutrinilor. , [28] [13] :29 ,
• CUPID ( CUORE Upgrade with Particle Identification ), un experiment privind dezintegrarea beta dublă fără neutrini, [21] :26 și
• un detector direcțional de materie întunecată construit de colaborarea MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) [25] ca o completare a detectorului lor care funcționează în prezent la laboratorul subteran Modane [29] .

Note

1. ↑ Dimensiunile planificate inițial au fost de 16 m.
2. ↑ Nu este deloc clar dacă groapa este eliptică (cu o suprafață de 27×16× π /4 = 339,3 m2 ) sau un oval în formă de stadion (cu o suprafață de 11×16 × π / 2 × π / 4 = 377,1 m2 ). Diferența este un volum de 4750 m3 vs. 5279 mc .
3. ↑ Desenele în secțiune transversală ale halelor CJPL sunt inconsistente [17] :13 . Un acoperiș boltit de 14 m lățime cu sagitta de 4,08 m se întinde pe un unghi de 121°; unghiul mai mic de 114° arătat ar implica o rază mai mare și o sagetă mai mică de 3,8 m. Acestea duc la suprafețe în secțiune transversală de 179,434 și respectiv 180,275 m 2 și volume de laborator de 93 306 și respectiv 93 743 m 2 .
4. ↑ Se presupune că halele principale ale LNGS au o lățime de 20 m, cu un acoperiș semisferic care atinge vârful la 18 m. Astfel, aria secțiunii transversale este 20×(8+10× π /4) = 317,08 m².

Link -uri

1. ↑ Proiect de achiziție de date pentru CJPL (21 august 2010). - „Poziția CJPL în Hărți Google - http://goo.gl/xwcA (Puteți folosi coordonatele direct în Hărți Google: 28.153227, 101.711369)”. Recuperat la 16 septembrie 2015. (nedefinit) Acesta este CJPL-I; CJPL-II este la aproximativ 500 m mai spre vest.
2. ↑ 1 2 Zeng, Zhi (26.03.2011). Configurarea facilității de fundal redus în CJPL: O scurtă introducere (PDF) . Simpozion privind aplicațiile viitoare ale detectoarelor de germaniu în cercetarea fundamentală . Beijing . Accesat 2014-11-19 .
3. ↑ Wu, Yu-Cheng; Hao, Xi-Qing; Yue, Qian; Li, Yuan-Jing; Cheng, Jian-Ping; Kang, Ke-Jun; Chen, Yun-Hua; Li, Jin; Li, Jian-Min; Li, Yu-Lan; Liu, Shu-Kui; Ma, Hao; Ren, Jin-Bao; Shen, Man-Bin; Wang, Ji-Ming; Wu, Shi-Yong; Xue, Tao; Yi, Nan; Zeng, Xiong-Hui; Zeng, Zhi; Zhu, Zhong-Hua (august 2013). „Măsurarea fluxului de raze cosmice în laboratorul subteran China JinPing” (PDF) . Fizica chineză C. 37 (8): 086001. arXiv : 1305.0899 . Cod biblic : 2013ChPhC..37h6001W . DOI : 10.1088/1674-1137/37/8/086001 . Arhivat din original (PDF) la 01.01.2017.
4. ↑ 12 Li, Jainmin ; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (9 aprilie 2014). „A doua fază de dezvoltare a laboratorului subteran China JinPing”. Fizica Procedia . 61 : 576-585. arXiv : 1404.2651 . Cod biblic : 2015PhPro..61..576L . DOI : 10.1016/j.phpro.2014.12.055 .
5. ↑ 1 2 3 Colaborarea PandaX (august 2014). „PandaX: Un experiment de materie întunecată cu xenon lichid la CJPL”. Știință China Fizică, Mecanică și Astronomie . 57 (8): 1476-1494. arXiv : 1405,2882 . Cod biblic : 2014SCPMA..57.1476C . DOI : 10.1007/s11433-014-5521-2 .
6. ↑ 1 2 Zhang, Chunsheng; Chu, Weijiang; Liu, Ning & Zhu, Yongsheng (2011), Teste de laborator și simulări numerice de marmură fragilă și șist de stoarcere la stația hidroelectrică Jinping II, China , Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering vol . 3 (1): 30–38, doi : 10.3724/SP.J.1235.2011.00030 , < http://www.rockgeotech.org/qikan/manage/wenzhang/2011-01-04.pdf > 
7. ↑ 1 2 3 4 5 6 Li, Jianmin (6 septembrie 2013). Statutul și planul laboratorului subteran China JinPing (CJPL) (PDF) . Cea de-a 13-a Conferință internațională privind subiectele în fizica astroparticulelor și subterană: o întâlnire orășenească pentru dezvoltarea fazei a doua a laboratorului subteran China Jinping . Asilomar, California . Accesat 2014-11-19 .
8. ↑ 1 2 3 4 Li, Jianmin (9 septembrie 2015). Statutul recent și perspectiva CJPL (PDF) . XIV Conferință Internațională privind subiectele în fizica astroparticulelor și subterană (TAUP2015) . Accesat 2015-11-28 .
9. ↑ Zhao, Zhihong (05.06.2015). Condiții geologice și fezabilitate geotehnică . 2015 Atelier al programului Jinping Neutrino. Universitatea Tsinghua . Accesat 2015-08-15 . Arhivat pe 8 decembrie 2015 la Wayback Machine
10. ↑ Chui, Glennda (februarie 2010), Cel mai adânc laborator din lume propus în China , Symmetry vol . 7 (1): 5, ISSN 1931-8367 , < http://www.symmetrymagazine.org/article/october-2010/worlds- cel mai profund-laborator-propus-in-china > 
11. ↑ Strickland, Eliza (29 ianuarie 2014), Deepest Underground Dark-Matter Detector to Start Up in China , IEEE Spectrum T. 51(2):20, doi : 10.1109/MSPEC.2014.6729364 , < https://spectrum.ieee .org/aerospace/astrophysics/deepest-underground-darkmatter-detector-to-start-up-in-china > 
12. ↑ Pocar, Andrea (8 septembrie 2014). Căutarea dezintegrarii beta duble fără neutrini cu EXO-200 și nEXO (PDF) . Atelier de oscilație a neutrinilor. Otranto . Accesat 2015-01-10 .
13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang, Li-Tao (21 iulie 2016). Statutul recent al Laboratorului subteran China Jinping (CJPL) . Identificarea materiei întunecate 2016 . Sheffield. Arhivat din original la 19 august 2016. Parametrul depreciat folosit |url-status=( ajutor )
14. ↑ 1 2 Normile, Dennis (5 iunie 2009), Chinese Scientists Hope to Make Deepest, Darkest Dreams Come True , Science vol . 324 (5932): 1246–1247, PMID 19498133 , doi : 10.1126 , 10.1126/science _1 http :2426. //www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2009/today09-06-10.html > 
15. ↑ Feder, Toni (septembrie 2010), China, others dig more and deeper underground labs , Physics Today vol . 63 (9): 25–27 , DOI 10.1063/1.3490493 
16. ↑ Kang, KJ; Cheng, JP; Chen, YH; Li, YJ; Shen, MB; Wu, S.Y.; Yue, Q. (1 iulie 2009). Starea și perspectivele unui laborator subteran în adâncime din China . Subiecte în fizica astroparticulelor și subterană (TAUP 2009) . Jurnalul de fizică: Seria de conferințe . 203 (12028). Roma. DOI : 10.1088/1742-6596/203/1/012028 .
17. ↑ 1 2 3 4 Yue, Qian (28 februarie 2014). Statutul și perspectiva CJPL (PDF) . Materia întunecată 2014 . Westwood, California. Arhivat din original (PDF) la 29.11.2014 . Accesat 2014-11-19 . Parametrul depreciat folosit |url-status=( ajutor ) Figura de la p. 13 arată forma sălilor, deși dimensiunile au evoluat.
18. ^ Wong, Henry (06.09.2011). Construirea și punerea în funcțiune a laboratorului subteran China Jinping și a experimentului CDEX-TEXONO . A 12-a Conferință Internațională pe subiecte în fizica astroparticulelor și subterană . Munchen . Accesat 2014-11-19 .
19. ↑ 1 2 3 4 5 6 Cheng, Jian-Ping; Kang, Ke-Jun; Li, Jian-Min; et al. (octombrie 2017). „Laboratorul subteran China Jinping și știința sa timpurie”. Revizuirea anuală a științei nucleare și a particulelor . 67 : 231-251. arXiv : 1801.00587 . Cod biblic : 2017ARNPS..67..231C . doi : 10.1146/annurev-nucl-102115-044842 .
20. ↑ Zeng, Zhi (23 octombrie 2015). Starea CJPL-II (PDF) . Simpozion final al cooperării GDT chino-germane . Schloss Ringberg , Germania . Extras 2018-03-01 .
21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ma, Hao (24 mai 2017). Laboratorul subteran China Jinping (CJPL): Stare și perspective (PDF) . Tehnici de radioactivitate scăzută 2017. Seul.
22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Li, Jianmin (05.06.2015). Introducerea laboratorului subteran Jinping II . 2015 Atelier al programului Jinping Neutrino . Universitatea Tsinghua . Accesat 2015-08-15 . O descriere a progresului construcției CJPL-II până la începutul lunii mai 2015. Rețineți că unele pagini din această prezentare spun că halele au 12×12 m; acestea par a fi cifre copiate din prezentări mai vechi, iar 14×14 este noua decizie.
23. ↑ 12 Li, Jainmin ; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (12 septembrie 2013). Dezvoltarea în a doua fază a laboratorului subteran JinPing din China pentru detectoare de evenimente rare și senzori multidisciplinari de fizică . A 13-a Conferință Internațională pe subiecte în fizica astroparticulelor și subterană . Asilomar, California . Accesat 2014-11-21 .
24. ↑ 12 Wang, Zhe (5 noiembrie 2016) . China Jinping Underground Laboratory și experimentul Jinping cu neutrini (PDF) . Atelier internațional de dezintegrare a nucleonilor de generație următoare și detectoare de neutrini (NNN16) . Shanghai.
25. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lin, Shin-Ted (29 decembrie 2016). Starea și rezultatele colaborării CDEX la Laboratorul subteran Jinping (PDF) . Al 4-lea atelier internațional despre materia întunecată, energia întunecată și asimetria materie-antimaterie . Hsinchu, Taiwan.
26. ↑ Liu, Weiping; et al. (12 februarie 2016). Progresul laboratorului subteran Jinping pentru astrofizică nucleară (JUNA) . EPJ Web of Conferences . 109 (9001). doi : 10.1051/ epjconf /201610909001 .
27. ↑ Beacom, John F. (21 iunie 2015). „Scrisoare de intenție: experimentul Jinping Neutrino”. Fizica chineză C. 41 (2). arXiv : 1602.01733 . Cod biblic : 2017ChPhC..41b3002B . DOI : 10.1088/1674-1137/41/2/023002 .
28. ↑ Šrámek, Ondřej; Roskovec, Bedrich; Wipperfurth, Scott A.; Xi, Yufei; McDonough, William F. (9 septembrie 2016). „Dezvăluirea mantalei Pământului din cei mai înalți munți folosind experimentul Jinping Neutrino” (PDF) . rapoarte stiintifice . 6 : 33034. Bibcode : 2016NatSR...633034S . doi : 10.1038/ srep33034 . PMC 5017162 . PMID27611737 . _  
29. ↑ Santos, D. (8 aprilie 2013). „MIMAC: O matrice micro-tpc pentru detectarea direcțională a materiei întunecate.” Jurnalul de fizică: Seria de conferințe . 460 . arXiv : 1304.2255 . DOI : 10.1088/1742-6596/460/1/012007 .

Vezi și

• HPP Jinping-II

Link- uri externe

• Pagina de pornire a CJPL (Universitatea Tsinghua)
• Pagina de pornire a experimentului Jinping Neutrino (Universitatea Tsinghua)
• Pagina GitHub CJPL
• Simpozion privind aplicațiile viitoare ale detectoarelor de germaniu în cercetarea fundamentală la Beijing, cu numeroase prezentări CJPL
• Întâlnire orășenească dedicată celei de-a doua etape a dezvoltării laboratorului subteran de la Jinping în China (8 septembrie 2013) la cea de-a 13-a Conferință Internațională de Fizică Astronomică și Fizica Subterană
• Prezentările conferinței CJPL 2015 Arhivate pe 8 decembrie 2015 la Wayback Machine