Jinping (laboratorio)

Jinping Chinese Underground Laboratory ( Chinese trad. 中国锦屏地下实验室, pinyin Zhōngguó Jǐnpíng dìxià shíyànshì ) on syvällä maanalainen laboratorio Jinping-vuorilla Sichuanin maakunnassa . Avaruussäteiden taso laboratoriossa ei ylitä 0,2 myonia/(m² vrk) [3] . Laboratorio sijaitsee 6720 m :n vastaavaa vesikerrosta vastaavalla syvyydellä [4] :2 ja on siten maailman suojatuin maanalainen laboratorio [5] :17. Laboratorion todellinen syvyys on 2400 m, mutta sinne pääsee vaakasuunnassa tunnelin kautta, joten laitteet voidaan toimittaa maanteitse.

Vaikka marmoria , johon tunnelit kaivetaan, pidetään " kovana kivinä ", se aiheuttaa suurella syvyydellä vakavampia teknisiä ja geologisia ongelmia [6] [7] :16–27 [8] :16–19 kuin vielä kovemmat magmaiset kivet . jotka yleensä rakennetaan syviä laboratorioita [9] :13–14 . Myös kalliossa oleva vedenpaine, joka on 10 MPa (100 atm), aiheuttaa haittaa. Sen etuna on kuitenkin säteilysuojaus alhaisessa radionuklidipitoisuudessa [10] [11] , kuten 40 K , 226 Ra , 232 Th [5] :17 ja 238 U [12] :16 . Tämä puolestaan ​​johtaa alhaiseen radonpitoisuuteen ( 222 Rn ) ilmakehässä [13] :5 .

Laboratorio sijaitsee Liangshanissa Sichuanin eteläosassa, noin 500 km Chengdusta lounaaseen [5] :3 . Lähin suuri lentokenttä on Xichang Qingshanin lentoasema, joka sijaitsee 120 km :n päässä [7] :5 .

Historia

Jinping-II vesivoimaprojekti sisälsi sarjan tunneleiden rakentamisen Jinping-vuorten alle : neljä 16,7 km pitkää vesijohtoa veden syöttämiseksi säiliöstä generaattoreihin [6] :30 , sekä kaksi 17,5 km pitkää kuljetustunnelia [7] ] :1 ja yksi tyhjennystunneli. Saatuaan tietää työstä Jinping-vuoristossa elokuussa 2008 [14] [15] Tsinghuan yliopiston fyysikot päättivät, että se olisi erinomainen paikka syvälle maanalaiselle laboratoriolle [16] ja sopivat vesivoimayhtiön kanssa laboratorion kehittämisestä. tilaa keskellä tunnelia.

Muodollinen sopimus allekirjoitettiin 8. toukokuuta 2009 [14] ja louhinta aloitettiin välittömästi [7] :29 . CJPL-I : n ensimmäinen vaihe , joka koostuu 6,5 x 6,5 x 42 m [17] :8 päähallista ja 55 m pitkästä sisäänkäyntitunnelista (yhteensä 4000 m³ louhintaa) [7] :15 valmistui toukokuuhun 2010 mennessä. täysin valmis 12. kesäkuuta 2010 [18] :7 Laboratorion viralliset avajaiset pidettiin 12. joulukuuta 2010 [7] :37

Laboratorio sijaitsee eteläisimmän Jinping II -vesivoimalaitoksen seitsemästä rinnakkaistunnelista , Transport Tunnel A: sta.

Ilmanvaihto CJPL-I:ssä oli aluksi riittämätön, mikä johti pölyn kertymiseen laitteisiin ja radonkaasua ilmaan, mutta lisätuuletusta järjestettiin myöhemmin [19] :239 .

Vaikeampi ongelma on se, että CJPL-I:n seinät päällystettiin tavanomaisella betonilla, joka oli otettu vesivoimalaitoksesta. Betonin luonnollinen radioaktiivisuus on korkeampi kuin on toivottavaa matalan taustan laboratoriossa [19] :238 . Rakentamisen toisessa vaiheessa käytettiin materiaaleja, jotka valittiin ottaen huomioon alhainen radioaktiivisuus [20] :30-37 .

CJPL-II laajennus

Myöhemmin laboratorio laajeni merkittävästi (50-kertaiseksi). Laajennussuunnitelmat hyväksyttiin ennen kuin työntekijät ja laitteet poistuivat tunneleista vesivoimalan valmistuttua vuonna 2014 [21] :20 .

CJPL-I:n länsipuolella oli kaksi noin kilometrin pituista ohitustunnelia [21] :20 , jotka rakennettiin osana vesivoimahankkeen seitsemän päätunnelin rakentamista. Nämä ovat kaltevia risteystunneleita, jotka yhdistävät viiden kanavan (neljä pää- ja yksi viemäröinti) keskipisteet rinnakkain ja hieman niiden yläpuolella kulkeviin kuljetustunneleihin. Nämä tunnelit, joiden kokonaistilavuus oli 210 000 m³ [22] :4 , jotka suunniteltiin suljettavaksi rakennustöiden valmistumisen jälkeen [21] :20 , lahjoitettiin laboratoriolle käytettäväksi apuvälineinä [23] :5 .

Laboratorion laajennuksen yhteydessä tehtiin 151 000 m³:n lisälouhinta [24] :4 : useita yhdistäviä tunneleita, neljä suurta koehallia, kukin kooltaan 14 × 14 × 130 m [22] :6 [8] : 12 [13] :15 [ 21] :22 [19] :239–240 ja kaksi suojasäiliöiden kaivoa hallien lattian alla [25] :20–21 [21] :24,27 . Kiinalaisessa kokeessa pimeän aineen havaitsemiseksi käytettiin halkaisijaltaan ja syvyydeltään 18 metrin sylinterimäistä kuoppaa [a] , joka sisälsi nestemäisen typen säiliön , kun taas PandaX- kokeessa käytettiin elliptistä kuoppaa [b] vesisäiliölle, jonka mitat olivat 27 × 16 m ja 14 metriä. m syvä [19] :239–240 245 . Hallit valmistuivat vuoden 2015 loppuun mennessä [25] :17 ; kaivot - toukokuuhun 2016 mennessä [21] :24 , ja toukokuusta 2017 alkaen ne oli varustettu ilmanvaihtojärjestelmillä [21] :24-25 ja muilla tarvittavilla laitteilla. Suunniteltu käyttöönottopäivä määriteltiin tammikuulle 2017 [13] :20 .

Se on tällä hetkellä maailman suurin maanalainen laboratorio, joka ohittaa aiemman ennätyksensä, Italian omistaman Gran Sasso National Laboratoryn (LNGS). Vaikka suurempi syvyys ja heikompi kallio tekevät halleista kapeampia kuin 20 metrin LNGS-päähallit, niiden kokonaispituus on 520 metriä, mikä antaa enemmän lattiapinta-alaa (7280 vs 6000m²) kuin kolme LNGS-hallia yhteensä 300 metriä.

CJPL-hallit ovat myös volyymiltaan suurempia kuin LNGS-hallit. CJPL:llä on 93 300 m3 [4] [c] itse halleissa ja vielä 9 300 m3 suojakuopissa, yhteensä 102 600 m3, mikä on hieman enemmän kuin LNGS:n 95 100 m3. [d]

Päähallien ulkopuolella olevat toimistotilat mukaan lukien CJPL:n käyttötilavuus on 200–300 tuhatta m³ [25] :18 [21] :22 [19] :239 verrattuna 180 000 m3 LNGS:ään. 361 000 m3 :n kokonaistilavuus viittaa siihen, että CJPL on kaksi kertaa suurempi, mutta tämä on harhaanjohtavaa: kaikki LNGS-tilat on suunniteltu laboratorioiksi ja siksi niitä voidaan käyttää tehokkaammin kuin uusittuja CJPL-tunneleita.

Koska laboratorio sijaitsee suuren vesivoimalaitoksen alueella, lisäsähköä on helposti saatavilla. CJPL-II on varustettu kahdella redundantilla 10 kV, 10 MVA tehokaapelilla; [22] :15 [25] :21 käytettävissä oleva teho on tilapäisesti rajoitettu 5 × 250 kVA:n alennusmuuntajiin (yksi jokaiseen koehuoneeseen ja viides apuhuoneisiin) [22] :15 . Myöskään vedestä ei ole pulaa [22] :14 voimakkaiden laitteiden jäähdyttämiseen.

CJPL-II:n myonivuo (ja siten veden syvyysekvivalentti) mitataan tällä hetkellä kohdassa [21] :25 ja se voi poiketa hieman CJPL-I:stä, mutta se jää varmasti alhaisemmaksi kuin SNOLAB Kanadassa, joten CJPL pitää ennätyksensä maailman syvin laboratorio.

Kokeilut

Seuraavat kokeet ovat parhaillaan käynnissä CJPL:ssä:

• China Dark Matter Experiment (CDEX), germaniumpimeän aineen ilmaisin ja
• PandaX , hiukkas- ja astrofyysinen ksenonilmaisin pimeää ainetta varten (ja neutronittomaan kaksoisbeeta-hajoamiseen )

Laboratoriossa on myös matalataustainen laitos, joka käyttää erittäin puhdasta germaniumdetektoria erittäin alhaisten radioaktiivisuustasojen mittaamiseen [2] [17] :7 . Tämä ei ole fysikaalinen koe, vaan kokeisiin tarkoitettujen materiaalien testi. Hän testaa myös materiaaleja, joita on käytetty CJPL-II :n luomiseen [22] :27-32 .

Seuraavat kokeet on tällä hetkellä suunniteltu CJPL-II:lle: [13] :24–29 [25] :23

• CDEX:n suurempi versio, jonka ilmaisimen massa on tonneissa; [8] :23 [13] :25 [25] :23 [21] :27
• PandaX:n suurennettu versio ilmaisimen massalla tonneina; [8] :25 [13] :26 [25] :23
• Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), koe tähtien astrofyysisesti tärkeiden ydinreaktioiden nopeuden mittaamiseksi ; [26] [13] :27 ja
• mahdollisesti nestemäiseen argoniin perustuva pimeän aineen ilmaisin . [13] :28 [25] :23 [21] :26

On myös ehdotuksia:

• Jinping Neutrino Experiment [27] [25] :23 - koe, joka hyödyntää CJPL:n sijaintia kaukana ydinreaktoreista ja jolla on siten alhaisin reaktorin neutrinovirta maanalaisista laboratorioista [24] :6 , jotta voidaan tehdä tarkkoja mittauksia aurinko- ja geoneutriinoista , [28] [13] :29 ,
• CUPID ( CUORE Upgrade with Particle Identification), kokeilu neutriinittomasta kaksoisbeetan hajoamisesta, [21] :26 ja
• suunnattu pimeän aineen ilmaisin, joka on rakennettu MIMAC-yhteistyöllä (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) [25] täydentämään Modanen maanalaisessa laboratoriossa tällä hetkellä toimivaa ilmaisinta [ 29] .

Muistiinpanot

1. ↑ Alun perin suunnitellut mitat olivat 16 m.
2. ↑ Ei ole täysin selvää, onko kuoppa elliptinen (pinta-ala 27×16× π /4 = 339,3 m2 ) vai stadionin muotoinen soikea (pinta-ala 11×16 + 16 2 × π / 4 = 377,1 m2 ). Ero on tilavuus 4750 m3 vs. 5279 m3 .
3. ↑ CJPL:n hallien poikkileikkauspiirustukset ovat epäjohdonmukaisia ​​[17] :13 . 14 m leveä holvikatto ja 4,08 m sagitta ulottuu 121° kulmaan; esitetty pienempi 114° kulma tarkoittaisi suurempaa sädettä ja pienempää 3,8 metrin sagittaa. Nämä johtavat vastaavasti 179 434 ja 180 275 m 2 : n poikkileikkauspinta-aloihin ja laboratoriotilavuuksiin 93 306 ja 93 743 m 2 .
4. ↑ LNGS:n päähallien oletetaan olevan 20 m leveitä ja puolipallomaisen katon huipussaan 18 m. Siten poikkileikkausala on 20×(8+10× π /4) = 317,08 m².

Linkit

1. ↑ Data Acquisition Project for CJPL (21. elokuuta 2010). - "CJPL-sijainti Google Mapsissa - http://goo.gl/xwcA (Voit käyttää koordinaatteja suoraan Google Mapsissa: 28.153227,101.711369)". Haettu 16. syyskuuta 2015. (määrätön) Tämä on CJPL-I; CJPL-II on noin 500 m länteen.
2. ↑ 1 2 Zeng, Zhi (26.3.2011). Low Background Facility Setup in CJPL: A Brief Introduction (PDF) . Symposium germaniumdetektorien tulevaisuuden sovelluksista perustutkimuksessa . Peking . Haettu 19.11.2014 .
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 (elokuu 2013). "Kosmisen säteilyvuon mittaus Kiinan JinPingin maanalaisessa laboratoriossa" (PDF) . Kiinalainen fysiikka C. 37 (8): 086001. arXiv : 1305.0899 . Tuotekoodi : 2013ChPhC..37h6001W . DOI : 10.1088/1674-1137/37/8/086001 . Arkistoitu alkuperäisestä (PDF) 2017-01-01.
4. ↑ 12 Li, Jainmin ; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (9. huhtikuuta 2014). "Kiinan JinPingin maanalaisen laboratorion toinen vaihe". Physics Procedia . 61 : 576-585. arXiv : 1404.2651 . Tuotekoodi : 2015PhPro..61..576L . DOI : 10.1016/j.phpro.2014.12.055 .
5. ↑ 1 2 3 PandaX-yhteistyö (elokuu 2014). "PandaX: Liquid Xenon Dark Matter Experiment at CJPL". Tiede Kiina Fysiikka, mekaniikka ja tähtitiede . 57 (8): 1476-1494. arXiv : 1405.2882 . Bibcode : 2014SCPMA..57.1476C . DOI : 10.1007/s11433-014-5521-2 .
6. ↑ 1 2 Zhang, Chunsheng; Chu, Weijiang; Liu, Ning & Zhu, Yongsheng (2011), Hauraan marmorin ja puristusliuskan laboratoriotestit ja numeeriset simulaatiot Jinping II -vesivoimalassa, Kiina , Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, osa 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. syyskuuta 2013). Kiinan JinPingin maanalaisen laboratorion (CJPL) tila ja suunnitelma (PDF) . 13. kansainvälinen konferenssi astrohiukkasten ja maanalaisen fysiikan aiheista: kaupunkikokous Kiinan Jinpingin maanalaisen laboratorion 2. vaiheen kehittämistä varten . Asilomar, Kalifornia . Haettu 19.11.2014 .
8. ↑ 1 2 3 4 Li, Jianmin (9. syyskuuta 2015). CJPL:n viimeaikainen tila ja tulevaisuus (PDF) . XIV kansainvälinen konferenssi aiheista astrohiukkasissa ja maanalaisessa fysiikassa (TAUP2015) . Haettu 28.11.2015 .
9. ↑ Zhao, Zhihong (2015-06-05). Geologiset olosuhteet ja geotekninen toteutettavuus . 2015 Jinping Neutrino -ohjelman työpaja. Tsinghuan yliopisto . Haettu 15.8.2015 . Arkistoitu 8. joulukuuta 2015 Wayback Machinessa
10. ↑ Chui, Glennda (helmikuu 2010), Kiinassa ehdotettu maailman syvin laboratorio , Symmetry osa 7 (1): 5, ISSN 1931-8367 , < http://www.symmetrymagazine.org/article/october-2010/worlds- Kiinan syvin laboratorio 
11. ↑ Strickland, Eliza (29. tammikuuta 2014), Deepest Underground Dark-Matter Detector käynnistyy Kiinassa , IEEE Spectrum T. 51(2):20, doi : 10.1109/MSPEC.2014.6729364 , < ee https ://spectrum. .org/aerospace/astrophysics/deepest-underground-darkmatter-detector-to-start-up-in-china > 
12. ↑ Pocar, Andrea (8. syyskuuta 2014). Etsitään neutriinitonta kaksoisbeetahajoamista EXO-200:lla ja nEXO:lla (PDF) . Neutriinovärähtelytyöpaja. Otranto . Haettu 10.01.2015 .
13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang, Li-Tao (21. heinäkuuta 2016). Kiinan Jinpingin maanalaisen laboratorion (CJPL) viimeaikainen tila . Pimeän aineen tunnistaminen 2016 . Sheffield. Arkistoitu alkuperäisestä 19. elokuuta 2016. Käytöstä poistettu parametri |url-status=( ohje )
14. ↑ 1 2 Normile, Dennis (5. kesäkuuta 2009), kiinalaiset tiedemiehet toivovat saavansa syvimmät, synkimmät unelmat totta , Science osa 324 (5932): 1246–1247, PMID 19498133 , doi : 10.1126 / s: 10.1126/s . //www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2009/today09-06-10.html > 
15. ↑ Feder, Toni (syyskuu 2010), Kiina, muut kaivavat enemmän ja syvemmälle maanalaisia ​​laboratorioita , 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. heinäkuuta 2009). Kiinan syvän maanalaisen laboratorion tila ja näkymät . Astropartikkelin ja maanalaisen fysiikan aiheita (TAUP 2009) . Journal of Physics: Conference Series . 203 (12028). Rooma. DOI : 10.1088/1742-6596/203/1/012028 .
17. ↑ 1 2 3 4 Yue, Qian (28. helmikuuta 2014). CJPL:n tila ja tulevaisuus (PDF) . Pimeä aine 2014 . Westwood, Kalifornia. Arkistoitu alkuperäisestä (PDF) 29.11.2014 . Haettu 19.11.2014 . Käytöstä poistettu parametri |url-status=( ohje ) Kuva sivulla s. Kuvassa 13 on esitetty hallien muoto, vaikka mitat ovatkin kehittyneet.
18. ↑ Wong, Henry (2011-09-06). Kiinan Jinpingin maanalaisen laboratorion ja CDEX-TEXONO-kokeilun rakentaminen ja käyttöönotto . 12. kansainvälinen konferenssi astrohiukkasten ja maanalaisen fysiikan aiheista . München . Haettu 19.11.2014 .
19. ↑ 1 2 3 4 5 6 Cheng, Jian-Ping; Kang, Ke-Jun; Li, Jian-Min; et ai. (lokakuu 2017). "Kiinan Jinpingin maanalainen laboratorio ja sen varhainen tiede". Ydin- ja hiukkastieteen vuosikatsaus . 67 : 231-251. arXiv : 1801.00587 . Bibcode : 2017ARNPS..67..231C . doi : 10.1146/annurev-nucl-102115-044842 .
20. ↑ Zeng, Zhi (23. lokakuuta 2015). CJPL-II:n tila (PDF) . Kiinan ja Saksan GDT-yhteistyön viimeinen symposium . Schloss Ringberg , Saksa . Haettu 2018-03-01 .
21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ma, Hao (24. toukokuuta 2017). Kiinan Jinpingin maanalainen laboratorio (CJPL): Tila ja tulevaisuudennäkymät (PDF) . Low Radioactivity Techniques 2017. Soul.
22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Li, Jianmin (5.6.2015). Jinpingin maanalaisen laboratorion II esittely . 2015 Jinping Neutrino -ohjelman työpaja . Tsinghuan yliopisto . Haettu 15.8.2015 . Kuvaus CJPL-II:n rakentamisen edistymisestä toukokuun 2015 alkuun asti. Huomaa, että tämän esityksen joillakin sivuilla sanotaan, että hallit ovat kooltaan 12×12 m; ne näyttävät olevan vanhemmista esityksistä kopioituja lukuja, ja 14×14 on uusi päätös.
23. ↑ 12 Li, Jainmin ; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (12. syyskuuta 2013). Kiinan JinPingin maanalaisen fysiikan harvinaisten tapahtumien ilmaisimien ja monitieteisten antureiden kehitystyön toinen vaihe . 13. kansainvälinen konferenssi astrohiukkasten ja maanalaisen fysiikan aiheista . Asilomar, Kalifornia . Haettu 21.11.2014 .
24. ↑ 12. Wang, Zhe (5. marraskuuta 2016) . Kiinan Jinpingin maanalainen laboratorio ja Jinpingin neutrinokoe (PDF) . Kansainvälinen työpaja seuraavan sukupolven nukleonihajoamisesta ja neutriinoilmaisimista (NNN16) . Shanghai.
25. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lin, Shin-Ted (29. joulukuuta 2016). Jinping Underground Laboratoryn CDEX-yhteistyön tila ja tulokset (PDF) . Neljäs kansainvälinen työpaja pimeästä aineesta, pimeästä energiasta ja aineen ja antiaineen epäsymmetriasta . Hsinchu, Taiwan.
26. ↑ Liu, Weiping; et ai. (12. helmikuuta 2016). Jinpingin maanalaisen ydinastrofysiikan laboratorion (JUNA) edistyminen . EPJ Web of Conferences . 109 (9001). doi : 10.1051/ epjconf /201610909001 .
27. ↑ Beacom, John F. (21. kesäkuuta 2015). "Aiesopimus: Jinping Neutrino Experiment". Kiinalainen fysiikka C. 41 (2). arXiv : 1602.01733 . Bibcode : 2017ChPhC..41b3002B . DOI : 10.1088/1674-1137/41/2/023002 .
28. ↑ Šrámek, Ondřej; Roskovec, Bedrich; Wipperfurth, Scott A.; Xi, Yufei; McDonough, William F. (9. syyskuuta 2016). "Maan vaipan paljastaminen korkeimmista vuorista Jinping Neutrino Experimentin avulla" (PDF) . tieteellisiä raportteja . 6 : 33034. Bibcode : 2016NatSR ...633034S . doi : 10.1038/ srep33034 . PMC 5017162 . PMID27611737 . _  
29. ↑ Santos, D. (8. huhtikuuta 2013). "MIMAC: mikro-tpc-matriisi pimeän aineen suunnan havaitsemiseen." Journal of Physics: Conference Series . 460 . arXiv : 1304.2255 . DOI : 10.1088/1742-6596/460/1/012007 .

Katso myös

• HPP Jinping-II

Ulkoiset linkit

• CJPL:n kotisivu (Tsinghuan yliopisto)
• Jinping Neutrino Experimentin kotisivu (Tsinghuan yliopisto)
• CJPL GitHub -sivu
• Symposium germaaniuminilmaisimien tulevista sovelluksista perustutkimuksessa Pekingissä, jossa on lukuisia CJPL-esityksiä
• Kaupungin kokous , joka on omistettu maanalaisen laboratorion kehittämisen toiselle vaiheelle Jinpingissä Kiinassa (8. syyskuuta 2013) 13. kansainvälisessä tähtitieteellisen fysiikan ja maanalaisen fysiikan konferenssissa
• CJPL 2015 -konferenssiesitykset arkistoitu 8. joulukuuta 2015 Wayback Machinessa