祖國情懷（2）---廣東省內的部份「國之重器」

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      改革開放 4 0年，廣東省的經濟實力有翻天覆地的變化，高速公路、鐵路、城軌、港口、機場等建設縱橫交錯，便利人材、物資內外流通等優勢，國家已規劃將部份重要科研設施安排在廣東省建設，助力 大灣區科研創新，工農業生產，醫療事業等，將有更大提升！

      以下簡介部份項目：

     1. 國家超級計算廣州中心
         2019 年 7 月 1 月 本會曾組團參觀該中心，更多圖片、資料可瀏覽本討論區 樓下欄目「活動資訊與回顧」。

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     2. 座落於 東莞大朗鎮的 中國散裂中子源（CSNS）                 （ 以下資料轉載自 百度網站 ）
      
       散裂中子源，有“超級顯微鏡“之稱號，就是一個用“中子“來了解微觀世界的工具。“中子“不帶電且對某些原子核非常敏感的特性，讓它能夠“拍攝“到材料的微觀結構和內部運動規律，因此成為科學家探測各種物質分子內部結構的“探針“。
中國散裂中子源工程總指揮、中國科學院院士 陳和生介紹：科學家可以利用 散裂中子源來研究大型金屬部件的殘餘應力，這對於提高高鐵關鍵部件和航空發動機部件的性能，以及核電站部件的服役性能均十分重耍。


      此外，可燃冰，磁性材料的研究，以及化學反應催化劑的原位研究等，都可以使用散裂中子源


      中国散裂中子源（CSNS）是国家“十一五”期间重点建设的大科学装置，是位于国际前沿的高科技、多学科应用的大型研究平台。CSNS 由中科院和广东省共同建设，选址于广东省东莞市，项目预计总投资为23亿元人民币。散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置，可带动物理学、化学、生命科学、材料科学、纳米科学、医药、国防科研和新型核能开发等学科发展。建成后，CSNS 将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源，和正在运行的美国、日本与英国散裂中子源一起，构成世界四大脉冲散裂中子源。


      2018年8月23日，中国散裂中子源通过国家验收，投入正式运行，并将对国内外各领域的用户开放  。
      2019年9月26日，中国散裂中子源开始新一轮开放运行。

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中國散裂中子源靶心全貌。






2014年10月，各類設備在安裝中。

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CSNS 設備之一：快循環同步加速器。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

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CSNS 一期的三台譜儀：


通用粉末衍射譜儀


小角散射譜儀


多功能反射譜儀

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CSNS 設備之一部份：



直線加速器。


漂移管直線加速器。

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       3. 建設中、座落於 江门開平的 中微子實驗站
      
轻如尘、快似光，能够轻易穿越各种物体，还能时不时“变身”——中微子无疑是基本粒子世界里的“隐世高手”；此外，它们或许还隐藏着有关宇宙大爆炸的绝世秘密。正因如此，任何关于它们的线索都可谓价值连城。


　　据日本媒体近日报道，日本文部科学省将建设探测中微子的下一代“顶级神冈”（Hyper-K）探测器，计划于2025年后投入使用，旨在揭示宇宙起源和物质诞生等谜团。


　　中国科学院高能物理学家 曹俊研究员对科技日报记者说：“中微子探测器需要一个极干净的环境：需要放在很深的地下，用岩石阻挡宇宙射线；需要泡在水中，用水来阻挡来自岩石、空气等的天然放射性。”他介绍，除了“顶级神冈”，中国江门中微子实验（JUNO）装置以及美国“深部地下中微子实验”（DUNE）设施也分别将于2022年和2026年“上岗”，这三大中微子实验，有望为我们揭开宇宙中最难以捉摸的幽灵粒子的“神秘面纱”。

　　江门中微子实验装置


　　迄今，人类研究中微子已经超过半个世纪，但对其性质至今仍然没有详细的了解，甚至连它的确切质量也不清楚。为此，科学家们新建了一些实验装置，希望“掀起它的盖头来”。


　　打头阵的将是位于广东的正在建设的江门中微子实验装置，它是中国前所未有的最复杂高能物理实验装置，与目前最好的国际同类装置相比，它的规模大20倍，精度提高近一倍。


　　据曹俊介绍，江门中微子实验装置2015年开始建设，计划2021年底完成探测器建造。该装置包括位于地下700米的洞室、大型水池、一个装满2万吨液体和光电倍增管的中微子探测器以及少量配套设施。


　　会发出闪光的液体是探测中微子的介质。当大量中微子穿过探测器时，偶尔会在探测器内发生反应，发出极其微弱的闪光，从而被光电倍增管捕捉到。


　　曹俊表示：“江门中微子实验旨在测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数，同时也将研究大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子等。测定中微子质量顺序，不仅有助理解微观的粒子物理规律，也将对宇宙学、天体物理学、地球物理学作出重大贡献。

     目前有来自17个国家和地区、77个机构的600多位科研人员共同参与该项目。


江门中微子探测器示意图：球形的中微子探测器置于水池中心，上下与四周均被2米以上的水包围以屏蔽本底，在水池顶部采用径迹探测器作为反符合探测器，钢网架上安放光电倍增管以探测中微子。


江門中微子實驗站 規劃全圖。


建設中的 江門中微子實驗站。

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工程人員監看地下施工情況。


地底導洞施工中。


江門中微子實驗站專用的20英吋光電倍增管封裝工作現場。


中國 JUNO 中微子實驗正式運行 全球首個大規模「幽靈粒子」探測裝置 進一步推動中國物理科研

       中國科學院高能物理研究所宣布，江門中微子實驗（JUNO）成功完成 2 萬噸液體閃爍體灌注並正式運行取數，成為全球首個運行的超大規模和超高精度中微子專用大科學裝置。這項耗資 3.76 億美元的國際合作項目，匯集來自 17 個國家和地區、74 個科研機構約 600 名研究人員，期望解決中微子質量排序這個重大課題。

      

       中微子是組成物質世界最基本粒子之一，無所不在但比組成人體粒子間隙還要小，幾乎不與物質發生反應，極難探測，因此被稱為「幽靈粒子」。JUNO 探測器主體是直徑約 35 米的有機玻璃球，內部灌入液體閃爍體，外部水池充滿 3.5 萬噸高純水。

      

       位於廣東省江門市地下 700 米處的 JUNO，每天可以「捉」到大約 60 個「幽靈粒子」。中微子穿過探測器時，偶爾與烷基苯發生反應發出極微弱閃爍光，儀器捕捉光訊號後轉化成電訊號並放大 1,000 萬倍進行數據分析。

中國 JUNO 中微子實驗正式運行　全球首個大規模「幽靈粒子」探測裝置　進一步推動中國物理科研

       探測中微子的關鍵技術是光電倍增管，科學家稱之為「黃金瞳」，能看到中微子擊中閃爍體時發出的微弱螢光，亮度僅是手機螢幕的 100 億分之一。相當於把手機放到 50 多公里外的地方，黃金瞳依然能清楚看到這微弱光亮。

       JUNO 探測器可以探測 53 公里外台山和陽江核電站產生的中微子，並以前所未有精度測量它們的能譜。與國際同類實驗相比，JUNO 對質量順序的測定不受地球物質效應和其他未知中微子震盪參數影響，並將顯著提高 6 個中微子震盪參數中 3 個參數的精度。

      這是國際上首個運行的此類中微子觀測器，而日本、美國的同類觀測器分別預計於 2027 年、2031 年才開始收集數據。

      JUNO 獲取的首批數據顯示，各項性能指標全面達到或超越設計預期。JUNO 實驗使科學家能對來自太陽、超新星、大氣和地球的中微子開展先進研究，並將開啟探索未知物理的新窗口，包括對不活躍中微子和質子衰變的搜尋。

中國 JUNO 中微子實驗正式運行　全球首個大規模「幽靈粒子」探測裝置　進一步推動中國物理科研

       JUNO 構想由中國科學院高能所 2008 年提出，2013 年獲得中國科學院戰略性先導科技專項（A類）支援，同年獲得廣東省支援，2015 年啟動隧道和地下實驗室建設。2021 年 12 月完成實驗室建設，展開探測器在地下實驗室的安裝建設，2024 年 12 月探測器主體建設完成並開始灌注超純水與液體閃爍體。

       江門中微子合作組發言人王貽芳表示，完成江門中微子探測器灌注並開始運行取數是突破性進展。「這是國際上首次運行這樣一個超大規模和超高精度的中微子專用大科學裝置，將使我們能回答關於物質和宇宙本質的基本問題。」

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       4. 大亚湾中微子实验站  （2012年已開始運作）

       广东省的大亚湾核电站与岭澳核电站是进行这一实验的最佳场所。首先是功率大，能够提供强的中微子流；其次是紧临高山，适合建立地下实验室以屏蔽宇宙射线对实验的干扰。在全世界的反应堆中，同时具备这两个条件的极为少见。

　　大亚湾核电站与岭澳核电站相距约1公里，总热功率为11.6GW，世界排名第十。2010年与2011年岭澳二期的两个反应堆将分别开始发电，届时将成为世界第二大的反应堆群。紧靠反应堆即有较高的山，在距反应堆300到500米外，山高达到100米以上；在距反应堆约2公里（振荡极大值）处山高约400米。山体由整体的花岗石构成，很适于隧道开凿和建立较大的地下实验室。

　　大亚湾中微子实验的目标是将sin22θ13测量到0.01或更高的精度，这比CHOOZ给出的灵敏度高了一个量级以上。实验利用电子反中微子在大型液体闪烁体探测器中的反β衰变反应来测量反应堆中微子。比较远近探测器测得的中微子通量和能谱，就可以知道中微子是否发生了振荡，进而确定振荡参数θ13。如果存在振荡，在远探测器看到的中微子通量将比预期要少；同时，由于不同能量的中微子振荡几率不一样，测得的能谱将发生有规律的变形。反β衰变反应是电子反中微子被氢核俘获，生成一个正电子和一个中子。中微子的能量几乎全由正电子带走，在液体闪烁体内有1MeV～8MeV的能量沉积。生成的中子经慢化后在液体闪烁体中掺杂的钆元素上被俘获，以伽马光子的形式放出约8MeV的能量，比正电子信号平均慢30微秒。正电子信号与中子信号在能量与时间上的符合可以干净地辨认出中微子与其它本底。其间最严重的本底干扰来自于宇宙线，因此需要尽量将探测器置于较深的地下。

　　由于大亚湾有两个反应堆群，需要两个近探测器分别对它们进行测量。大亚湾近点探测器距离反应堆约360米，岭澳近点探测器距反应堆约500米，远探测器离大亚湾反应堆1900米，离岭澳反应堆1600米。还有一个中点实验站也可放置探测器进行测量，以改变实验的系统误差，检验结果的可靠性。实验站之间用水平隧道相连，可以方便地在不同实验站之间移动探测器。从隧道入口处到大亚湾近点实验站则采用有坡度的隧道，以将探测器置于更深的地下，减小宇宙线本底的影响。


大亚湾反应堆中微子实验的布局示意图。图中六个蓝圆点为反应堆，黄线为隧道，黄色的圆柱体为中微子探测器。　

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2011年已開始安裝設備，圖中是5号厅内的灌装小组工作人员   


1号中心探测器在1号厅吊装就位


2号厅在进行反符合探测器安装前的水池壁喷涂工作   


地面装配大厅即将进行5、6号中心探测器的装配工作