Цзиньпин (лаборатория)

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.

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.

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.

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 ^[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}

• более крупная версия CDEX с массой детектора, исчисляемой тоннами; ^{[8]:23[13]:25[25]:23[21]:27}
• увеличенная версия PandaX с массой детектора, исчисляемой в тоннами; ^{[8]:25[13]:26[25]:23}
• Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), эксперимент по измерению скорости астрофизически важных ядерных реакций в звездах;^[26][13]:27 и
• возможно, детектор темной материи на основе жидкого аргона. ^{[13]:28[25]:23[21]:26}

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].

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