Цзиньпин (лаборатория)

24-05-2021, 02:00

Китайская подземная лаборатория Цзиньпин (кит. трад. 中国锦屏地下实验室, пиньинь Zhōngguó Jǐnpíng dìxià shíyànshì) — глубокая подземная лаборатория в горах Цзиньпин провинции Сычуань, Китай. Уровень космических лучей в лаборатории не превышает 0,2 мюонов/(м²·сутки). Лаборатория находится на глубине, соответствующей эквивалентному слою воды 6720 м и таким образом является самой защищенной подземной лабораторией в мире. Фактическая глубина лаборатории составляет 2400 м, однако к ней имеется горизонтальный доступ через туннель, поэтому оборудование может быть доставлено автотранспортом.

Хотя мрамор, в котором вырыты туннели, считается «твердой породой», на большой глубине он представляет более серьезные инженерно-геологические проблемы чем даже более твердые магматические породы в какие обычно строят глубокие лаборатории. Неудобство доставляет также давление воды в породе, достигающее 10 МПа (100 атм). Однако обладает преимуществом радиационной защиты, заключающимся в низком содержании радионуклидов, таких как 40K, 226Ra, 232Th и 238U. Это, в свою очередь, приводит к низкому уровню радона (222Rn) в атмосфере.

Лаборатория находится в Ляншане на юге Сычуани, около 500 км к юго-западу от Чэнду. Ближайший крупный аэропорт - Xichang Qingshan Airpot на расстоянии 120 км.

История

Проект гидроэлектростанции Цзиньпин-II включал прокладку ряда туннелей под горами Цзиньпин: четырёх водоводов длиной 16,7 км для подачи воды из водохранилища к генераторам, а также двух транспортных туннелей длиной 17,5 км и одного дренажного туннеля. Узнав о работах в горном массива Цзиньпин в августе 2008 года, физики из Университета Цинхуа решили, что это будет отличное место для глубокой подземной лаборатории и договорились с гидроэнергетической компанией о выработке лабораторного пространства в середине туннеля.

Официальное соглашение было подписано 8 мая 2009 г., и горные работы немедленно начались. Первая фаза CJPL-I, состоящая из главного зала размером 6,5 × 6,5 × 42 м и подъездного туннеля длиной 55 м (всего 4000 м³ выемки) была завершена к маю 2010 г., полностью строительство завершено 12 июня 2010 г. Официальное открытие лаборатории состоялось 12 декабря 2010 г.

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

Воздушная вентиляция в CJPL-I изначально была недостаточной, что приводило к накоплению пыли на оборудовании и газообразного радона в воздухе, однако в дальнейшем была обеспечена дополнительная вентиляция.

Более сложная проблема заключается в том, что стены CJPL-I были облицованы обычным бетоном, взятым из поставки гидроэлектростанции. Бетон имеет более высокую естественную радиоактивность, чем желательно для лаборатории с низким уровнем радиоактивного фона . На втором этапе строительства использовались материалы, отобранные с учетом низкой радиоактивности.

Расширение CJPL-II

В дальнейшем лаборатория значительно расширилась (в 50 раз). Планы расширения были утверждены прежде, чем рабочие и оборудование покинули туннели после завершения строительства гидроэлектростанции в 2014 году.

К западу от CJPL-I, находились два объездных туннеля длиной около 1 км, построенные при прокладке семи главных тоннелей гидроэнергетического проекта. Это наклонные перекрещивающиеся туннели, которые соединяют средние точки пяти водоводов (четыре главных и один дренажный) с транспортными туннелями, проходящими параллельно и немного выше их. Эти тоннели общим объёмом 210 000 м³, которые планировалось заблокировать после окончания строительства, были переданы в дар лаборатории для использования в качестве вспомогательных помещений.

При расширении лаборатории дополнительно проведено выемка 151 000 м³ грунта: несколько соединительных туннелей, четыре больших экспериментальных зала, каждый размером 14×14×130 м и две ямы для защитных резервуаров под полом залов. В китайском эксперименте по обнаружению тёмной материи использовалась цилиндрическая яма диаметром и глубиной 18 м, в которой находился резервуар с жидким азотом, а в эксперимента PandaX — эллиптическая яма для резервуара с водой размером 27×16 м и 14 м глубиной. Залы были завершены к концу 2015 г.; ямы — к маю 2016 г. , и по состоянию на май 2017 года оснащались системами вентиляции и другим необходимым оборудованием. Плановый срок ввода в эксплуатацию определялся как январь 2017 года.

В настоящее время это самая большая подземная лаборатория в мире, которая превзошла предыдущего рекордсмена — Национальную лаборатория Гран-Сассо (LNGS), принадлежащую Италии. Хотя большая глубина и более слабая порода делают залы уже, чем 20-метровые основные залы LNGS, их общая длина составляет 520 м, что обеспечивает большую площадь пола (7280 против 6000 м2), чем три зала LNGS общей длмной 300 м.

Залы CJPL также имеют больший объем, чем залы LNGS. CJPL располагает 93 300 м3 в самих залах, и еще 9300 м3 в защитных котлованах, всего 102 600 м3, что чуть больше, чем 95 100 м3 у LNGS.

С учетом служебных помещений за пределами основных залов CJPL имеет 200–300 тыс. м3 полезного объёма против 180 000 м3 у ЛНГС. Общий объем 361 000 m3 предполагает, что размер CJPL вдвое больше, но это вводит в заблуждение: все помещения LNGS были спроектированы как лаборатория, и поэтому их можно использовать более эффективно, чем перепрофилированные туннели CJPL.

Благодаря расположению лаборатории на территории крупной гидроэлектростанции, легко доступна дополнительная электроэнергия. CJPL-II снабжен двумя резервными силовыми кабелями с напряжением 10 кВ и мощностью 10 МВА; доступная мощность временно ограничена мощностью 5 × 250 кВА понижающих трансформаторов (по одному на каждый экспериментальный зал и пятый на вспомогательные помещения). Также нет недостатка в воде для охлаждения мощного оборудования.

Поток мюонов (и, следовательно, водный эквивалент глубины) CJPL-II в настоящее время измеряется, и может незначительно отличаться от CJPL-I, но он, безусловно, останется ниже, чем SNOLAB в Канаде и, таким образом, CJPL сохранит рекорд как самая глубокая лаборатория в мире.

Эксперименты

В настоящее время в CJPL проводятся следующие эксперименты:

  • China Dark Matter Experiment (CDEX), германиевый детектор темной материи, и
  • PandaX, детектор частиц и астрофизического ксенона для темной материи (и безнейтронного двойного бета-распада )

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

В настоящее время для CJPL-II запланированы следующие эксперименты:

  • более крупная версия CDEX с массой детектора, исчисляемой тоннами;
  • увеличенная версия PandaX с массой детектора, исчисляемой в тоннами;
  • Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), эксперимент по измерению скорости астрофизически важных ядерных реакций в звездах; и
  • возможно, детектор темной материи на основе жидкого аргона.

Также есть предложения по:

  • Jinping Neutrino Experiment — эксперимент, использующий преимущество расположения CJPL вдали от ядерных реакторов и, таким образом, имеющий самый низкий поток реакторных нейтрино среди всех подземных лабораторий, для проведения точных измерений солнечных и геонейтрино, ,
  • CUPID (CUORE Upgrade with Particle Identification), эксперимент по безнейтринному двойному бета-распаду, и
  • направленный детектор темной материи, созданный коллаборацией MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) в качестве дополнения к их детектору, который в настоящее время работает в подземной лаборатории Modane.

  • Национальные лаборатории Министерства энергетики США
  • PandaX
  • Открытие Орской зональной ветеринарной лаборатории
  • Оренбургская областная ветеринарная лаборатория успешно прошла проверку квалификации
  • «ЛАБОРАТОРИЯ СВАРКИ», СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

  •  

    • Яндекс.Метрика
    • Индекс цитирования