АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Цзиньпин (лаборатория)

Китайская подземная лаборатория Цзиньпи́н (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)[3]. Лаборатория находится на глубине, соответствующей эквивалентному слою воды 6720 м[4]:2 и таким образом является самой защищенной подземной лабораторией в мире[5]:17. 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[6][7]:16–27[8]:16–19 чем даже более твердые магматические породы в какие обычно строят глубокие лаборатории[9]:13–14. Неудобство доставляет также давление воды в породе, достигающее 10 МПа (100 атм). Однако обладает преимуществом радиационной защиты, заключающимся в низком содержании радионуклидов[10][11], таких как 40K, 226Ra, 232Th[5]:17 и 238U[12]:16. Это, в свою очередь, приводит к низкому уровню радона (222Rn) в атмосфере[13]:5.

Лаборатория находится в Ляншане на юге Сычуани, около 500 км к юго-западу от Чэнду[5]:3. Ближайший крупный аэропорт - Xichang Qingshan Airpot на расстоянии 120 км[7]:5.

Общие сведения
Цзиньпин
кит. трад. 中国锦屏地下实验室, пиньинь Zhōngguó jǐnpíng dìxià shíyànshì)
Направление исследований физика элементарных частиц
Основана 12.12.2010
Университет Цинхуа
Местонахождение уезд Мяньнин, пр. Сычуань, Китай[1]
Географические координаты 28°09′12″ с. ш. 101°42′41″ в. д.GЯO
Руководитель Cheng Jianping[2]
Официальный сайт jinping.hep.tsinghua.edu.cn

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[6]:30, а также двух транспортных туннелей длиной 17,5 км [7]:1 и одного дренажного туннеля. Узнав о работах в горном массиве Цзиньпин в августе 2008 года[14][15], физики из Университета Цинхуа решили, что это будет отличное место для глубокой подземной лаборатории[16] и договорились с гидроэнергетической компанией о выработке лабораторного пространства в середине туннеля.

Официальное соглашение было подписано 8 мая 2009 г.[14], и горные работы немедленно начались[7]:29. Первая фаза CJPL-I, состоящая из главного зала размером 6,5 × 6,5 × 42 м[17]:8 и подъездного туннеля длиной 55 м (всего 4000 м³ выемки)[7]:15 была завершена к маю 2010 г., полностью строительство завершено 12 июня 2010 г.[18]:7 Официальное открытие лаборатории состоялось 12 декабря 2010 г.[7]:37

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[19]:239.

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 [19]:238. На втором этапе строительства использовались материалы, отобранные с учетом низкой радиоактивности[20]:30–37.

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[21]:20.

К западу от CJPL-I, находились два объездных туннеля длиной около 1 км[21]:20, 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[22]:4, которые планировалось заблокировать после окончания строительства[21]:20, были переданы в дар лаборатории для использования в качестве вспомогательных помещений[23]:5.

При расширении лаборатории была дополнительно проведена выемка 151 000  м³ грунта[24]:4: несколько соединительных туннелей, четыре больших экспериментальных зала, каждый размером 14×14×130 м [22]:6[8]:12[13]:15[21]:22[19]:239–240 и две ямы для защитных резервуаров под полом залов[25]:20–21[21]:24,27. В китайском эксперименте по обнаружению тёмной материи использовалась цилиндрическая яма диаметром и глубиной 18 м, [a] в которой находился резервуар с жидким азотом, а в эксперименте PandaX — эллиптическая яма [b] для резервуара с водой размером 27×16 м и 14 м глубиной[19]:239–240,245. Залы были завершены к концу 2015 г.[25]:17; ямы — к маю 2016 г. [21]:24, и по состоянию на май 2017 года оснащались системами вентиляции[21]:24-25 и другим необходимым оборудованием. Плановый срок ввода в эксплуатацию определялся как январь 2017 года[13]:20.

В настоящее время это самая большая подземная лаборатория в мире, которая превзошла предыдущего рекордсмена — Национальную лабораторию 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 длиной 300 м.

Залы CJPL также имеют больший объём, чем залы LNGS. CJPL располагает 93 300 м³[4] [c] в самих залах, и еще 9300 м³ в защитных котлованах, всего 102 600 м³, что чуть больше, чем 95 100 м3 у LNGS. [d]

С учетом служебных помещений за пределами основных залов CJPL имеет 200–300 тыс. м³ полезного объёма[25]:18[21]:22[19]:239 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.

Ресурсы CJPL [17][23][22][25]
CJPL-I CJPL-II
Общий объем [25]:21 4000 м³ 210 000 + 151 000 м³
Площадь лаборатории 273 м² 7280 м²
Объем лаборатории 1800 м³ 102 600 м³
Электроэнергия 70 кВА [22]:4 1250 (10 000) кВА [22]:15
Вентиляция 2400 м³/час[22]:4 24 000 м³/час[22]:10[19]:239

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;[22]:15[25]:21 доступная мощность временно ограничена мощностью 5 × 250 кВА понижающих трансформаторов (по одному на каждый экспериментальный зал и пятый на вспомогательные помещения)[22]:15. Также нет недостатка в воде [22]:14 для охлаждения мощного оборудования.

Поток мюонов (и, следовательно, водный эквивалент глубины) CJPL-II в настоящее время измеряется, [21]:25 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:

В лаборатории также работает установка с низким уровнем фона, в которой используется детектор из высокочистого германия для измерения очень низких уровней радиоактивности [2][17]:7. Это не физический эксперимент, а проверка материалов, предназначенных для использования в экспериментах. Он также тестирует материалы, используемые для создания CJPL-II[22]:27-32.

В настоящее время для CJPL-II запланированы следующие эксперименты:[13]:24–29[25]:23

Также есть предложения по:

  • Jinping Neutrino Experiment[27][25]:23 — эксперимент, использующий преимущество расположения CJPL вдали от ядерных реакторов и, таким образом, имеющий самый низкий поток реакторных нейтрино среди всех подземных лабораторий, [24]:6 для проведения точных измерений солнечных и геонейтрино, [28][13]:29 ,
  • CUPID (CUORE Upgrade with Particle Identification), эксперимент по безнейтринному двойному бета-распаду, [21]:26 и
  • направленный детектор темной материи, созданный коллаборацией MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) [25] в качестве дополнения к их детектору, который в настоящее время работает в подземной лаборатории Modane[29].

Примечания

  1. ↑ Первоначально планировались размеры 16 м.
  2. ↑ It's not totally clear if the pit is elliptical (with an area of 27×16×π/4 = 339,3 m2) or a stadium-shaped oval (with an area of 11×16 + 162×π/4 = 377,1 m2). The difference is a volume of 4750 m3 vs. 5279 m3.
  3. ↑ The cross-section drawings of CJPL's halls are inconsistent[17]:13. A vaulted roof 14 m wide with 4.08 m sagitta spans an angle of 121°; the smaller 114° angle shown would imply a larger radius and smaller sagitta of 3.8 m. These lead to cross-sectional areas of 179.434 and 180.275 m2, respectively, and lab volumes of 93 306 and 93 743 m2, respectively.
  4. ↑ LNGS's main halls are assumed to be 20 m wide, with a hemispherical roof peaking at 18 m. Thus, the cross-sectional area is 20×(8+10×π/4) = 317.08 m².

Ссылки

  1. ↑ Data Acquisition Project for CJPL (21 августа 2010). — «CJPL position in Google Maps – http://goo.gl/xwcA (You may use the coordinates directly in google maps: 28.153227,101.711369)». Дата обращения: 16 сентября 2015. This is CJPL-I; CJPL-II is about 500 m farther west.
  2. ↑ 1 2 Zeng, Zhi (2011-03-26). Low Background Facility Setup in CJPL: A Brief Introduction (PDF). Symposium on Future Applications of Germanium Detectors in Fundamental Research. Beijing. Дата обращения 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-Min; Wu, Shi-Yong; Xue, Tao; Yi, Nan; Zeng, Xiong-Hui; Zeng, Zhi; Zhu, Zhong-Hua (August 2013). “Measurement of cosmic ray flux in the China JinPing underground laboratory” (PDF). Chinese Physics C. 37 (8): 086001. arXiv:1305.0899. Bibcode:2013ChPhC..37h6001W. DOI:10.1088/1674-1137/37/8/086001. Архивировано из оригинала (PDF) 2017-01-01.
  4. ↑ 1 2 Li, Jainmin; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (9 April 2014). “The second-phase development of the China JinPing underground Laboratory”. Physics Procedia. 61: 576—585. arXiv:1404.2651. Bibcode:2015PhPro..61..576L. DOI:10.1016/j.phpro.2014.12.055.
  5. ↑ 1 2 3 PandaX Collaboration (August 2014). “PandaX: A Liquid Xenon Dark Matter Experiment at CJPL”. Science China Physics, Mechanics & Astronomy. 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), Laboratory tests and numerical simulations of brittle marble and squeezing schist at Jinping II hydropower station, China, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering Т. 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 September 2013). The Status and Plan of China JinPing underground Laboratory (CJPL) (PDF). 13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics: A Town Meeting for the 2nd-phase Development of the China Jinping Underground Laboratory. Asilomar, California. Дата обращения 2014-11-19.
  8. ↑ 1 2 3 4 Li, Jianmin (9 September 2015). The recent status and prospect of CJPL (PDF). XIV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP2015). Дата обращения 2015-11-28.
  9. ↑ Zhao, Zhihong (2015-06-05). Geological conditions and geotechnical feasibility. 2015 Workshop of Jinping Neutrino Program. Tsinghua University. Дата обращения 2015-08-15. Архивная копия от 8 декабря 2015 на Wayback Machine
  10. ↑ Chui, Glennda (February 2010), World's deepest lab proposed in China, Symmetry Т. 7 (1): 5, ISSN 1931-8367, <http://www.symmetrymagazine.org/article/october-2010/worlds-deepest-lab-proposed-in-china> 
  11. ↑ Strickland, Eliza (January 29, 2014), Deepest Underground Dark-Matter Detector to Start Up in China, IEEE Spectrum Т. 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 September 2014). Searching for neutrino-less double beta decay with EXO-200 and nEXO (PDF). Neutrino Oscillation Workshop. Otranto. Дата обращения 2015-01-10.
  13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang, Li-Tao (21 July 2016). Recent status of the China Jinping Underground Laboratory (CJPL). Identification of Dark Matter 2016. Sheffield. Архивировано из оригинала 19 August 2016. Используется устаревший параметр |url-status= (справка)
  14. ↑ 1 2 Normile, Dennis (5 June 2009), Chinese Scientists Hope to Make Deepest, Darkest Dreams Come True, Science Т. 324 (5932): 1246–1247, PMID 19498133, doi:10.1126/science.324_1246, <http://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2009/today09-06-10.html> 
  15. ↑ Feder, Toni (September 2010), China, others dig more and deeper underground labs, Physics Today Т. 63 (9): 25–27, DOI 10.1063/1.3490493 
  16. ↑ Kang, K.J.; Cheng, J.P.; Chen, Y. H.; Li, Y.J.; Shen, M. B.; Wu, S. Y.; Yue, Q. (1 July 2009). Status and Prospects of a Deep Underground Laboratory in China. Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2009). Journal of Physics: Conference Series. 203 (12028). Rome. DOI:10.1088/1742-6596/203/1/012028.
  17. ↑ 1 2 3 4 Yue, Qian (Feb 28, 2014). The status and prospect of CJPL (PDF). Dark Matter 2014. Westwood, California. Архивировано из оригинала (PDF) 2014-11-29. Дата обращения 2014-11-19. Используется устаревший параметр |url-status= (справка) The figure on p. 13 shows the shape of the halls, although the dimensions have evolved.
  18. ↑ Wong, Henry (2011-09-06). Construction and commissioning of the China Jinping underground laboratory and the CDEX-TEXONO experiment. 12th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics. Munich. Дата обращения 2014-11-19.
  19. ↑ 1 2 3 4 5 6 Cheng, Jian-Ping; Kang, Ke-Jun; Li, Jian-Min; et al. (October 2017). “The China Jinping Underground Laboratory and Its Early Science”. Annual Review of Nuclear and Particle Science. 67: 231—251. arXiv:1801.00587. Bibcode:2017ARNPS..67..231C. DOI:10.1146/annurev-nucl-102115-044842.
  20. ↑ Zeng, Zhi (23 October 2015). Status of CJPL-II (PDF). Final Symposium of the Sino-German GDT Cooperation. Schloss Ringberg, Germany. Дата обращения 2018-03-01.
  21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ma, Hao (24 May 2017). China Jinping Underground Laboratory (CJPL): Status and prospects (PDF). Low Radioactivity Techniques 2017. Seoul.
  22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Li, Jianmin (2015-06-05). Introduction of Jinping underground laboratory II. 2015 Workshop of Jinping Neutrino Program. Tsinghua University. Дата обращения 2015-08-15. A description of CJPL-II construction progress through the beginning of May 2015. Note that some pages in this presentation say the halls are 12×12 m; those appear to be figures copied from older presentations, and 14×14 is the new decision.
  23. ↑ 1 2 Li, Jainmin; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (12 September 2013). The Second-Phase Development of the China JinPing Underground Laboratory for Physics Rare Event Detectors and Multi-Disciplinary Sensors. 13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics. Asilomar, California. Дата обращения 2014-11-21.
  24. ↑ 1 2 Wang, Zhe (5 November 2016). China Jinping Underground Laboratory and Jinping neutrino experiment (PDF). International Workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino Detectors (NNN16). Shanghai.
  25. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lin, Shin-Ted (29 December 2016). Status and Results from CDEX Collaboration at the Jinping Underground Laboratory (PDF). 4th International Workshop on Dark Matter, Dark Energy and Matter-Antimatter Asymmetry. Hsinchu, Taiwan.
  26. ↑ Liu, WeiPing; et al. (12 February 2016). Progress of Jinping Underground laboratory for Nuclear Astrophysics (JUNA). EPJ Web of Conferences. 109 (9001). DOI:10.1051/epjconf/201610909001.
  27. ↑ Beacom, John F. (21 June 2015). “Letter of Intent: Jinping Neutrino Experiment”. Chinese Physics C. 41 (2). arXiv:1602.01733. Bibcode:2017ChPhC..41b3002B. DOI:10.1088/1674-1137/41/2/023002.
  28. ↑ Šrámek, Ondřej; Roskovec, Bedřich; Wipperfurth, Scott A.; Xi, Yufei; McDonough, William F. (9 September 2016). “Revealing the Earth's mantle from the tallest mountains using the Jinping Neutrino Experiment” (PDF). Scientific Reports. 6: 33034. Bibcode:2016NatSR...633034S. DOI:10.1038/srep33034. PMC 5017162. PMID 27611737.
  29. ↑ Santos, D. (8 April 2013). “MIMAC: A micro-tpc matrix for dark matter directional detection”. Journal of Physics: Conference Series. 460. arXiv:1304.2255. DOI:10.1088/1742-6596/460/1/012007.

См. также

Внешние ссылки

Категории