Čínská podzemní laboratoř - China Jinping Underground Laboratory

"CJPL" přeadresuje tady. Informace o komunitní rozhlasové stanici viz CJPL-FM.
Čínská podzemní laboratoř
中国 锦屏 地下 实验室
China Jinping Underground Laboratory logo.png
Založeno12. prosince 2010 (2010-12-12)
Oblast výzkumu
Temná hmota fyzika
ŘeditelCheng Jianping[1]
FakultaZeng Zhi
Ma Hao
Li Jianming
Wu Qifan[1]
UmístěníMianning County[2]:3, S'-čchuan, Čína
28 ° 09'12 ″ severní šířky 101 ° 42'41 ″ východní délky / 28,15323 ° N 101,7114 ° E / 28.15323; 101.7114[3]Souřadnice: 28 ° 09'12 ″ severní šířky 101 ° 42'41 ″ východní délky / 28,15323 ° N 101,7114 ° E / 28.15323; 101.7114[3]
Majitel
Yalong River Hydropower Development Company[4]
Provozní agentura
Univerzita Tsinghua
webová stránkaJinping.hep.tsinghua.edu.cn

The Čínská podzemní laboratoř (čínština : 中国 锦屏 地下 实验室; pchin-jin : Zhōngguó jǐn píng dìxià shíyàn shì) je hluboce podzemní laboratoř v Hory Jinping z S'-čchuan, Čína. The kosmický paprsek rychlost v laboratoři je nižší než 0,2 mionů / m² / den,[5] umístění laboratoře do hloubky 6720m.w.e.[6]:2 a učinit z ní nejlépe chráněnou podzemní laboratoř na světě.[7]:17 Skutečná hloubka laboratoře je 2 400 m (7 900 ft), přesto je zde vodorovný přístup, takže zařízení může být přivezeno nákladním automobilem.

Ačkoliv mramor skrz které jsou vykopány tunely je považováno "hard rock „, ve velké hloubce je větší geotechnické inženýrství výzvy[8][9]:16–27[10]:16–19 než ještě těžší vyvřeliny ve kterých jsou vybudovány další hluboké laboratoře.[11]:13–14 Tlak vody 10 MPa (1 500 psi; 99 atm) ve skále je také nepohodlný. Ale mramor má tu výhodu, že má nízkou úroveň radiačního stínění radionuklidy,[12][13] jako 40K., 226Ra, 232Čt,[7]:17 a 238U.[14]:16 To zase vede k nízké úrovni radon (222Rn ) v atmosféře.[15]:5

Laboratoř je v Liangshan v jižním S'-čchuanu, asi 500 km jihozápadně od Čcheng-tu.[7]:3 Nejbližší hlavní letiště je Letiště Xichang Qingshan, 120 km (75 mi) pryč po silnici.[9]:5

Dějiny

The Přehrada Jinping-II projekt vodní elektrárny zahrnoval ražbu řady velkých tunelů pod Hory Jinping: čtyři velké 16,7 km (10,4 mil) tunely pro přepravu vody vedoucí na východ,[8]:30 dva přístupové tunely 17,5 km (10,9 mil),[9]:1 a jeden tunel pro odvod vody. Slyšení výkopu v srpnu 2008,[16][17] fyzici ve společnosti Univerzita Tsinghua rozhodl, že by to bylo vynikající místo pro hlubinnou podzemní laboratoř,[18] a vyjednával s hydroenergetickou společností o vykopání laboratorního prostoru uprostřed tunelů.

Dne 8. května 2009 byla podepsána formální dohoda,[16] a výkop byl okamžitě zahájen.[9]:29 První fáze CJPL-I, skládající se z 6,5 × 6,5 × 42 m (21 × 21 × 138 ft) hlavní haly,[19]:8 plus 55 m (180 ft) přístupového tunelu (4 000 m³ celkový výkop)[9]:15 byl vyhlouben do května 2010,[20]:7 a stavba dokončena 12. června 2010.[20]:7 Formální laboratorní inaugurace se konala 12. prosince 2010.[9]:37

Laboratoř je na jih od nejjižnějšího ze sedmi paralelních tunelů, dopravního tunelu A.

Ventilace vzduchu v CJPL-I byla zpočátku nedostatečná, což vedlo k hromadění prachu na zařízení a radonový plyn ve vzduchu, dokud nebylo instalováno dodatečné větrání.[21]:239

Složitějším problémem je, že stěny CJPL-I byly obloženy obyčejným betonem odebraným z dodávek hydroelektrického projektu. To má přirozenou radioaktivitu vyšší, než je žádoucí pro laboratoř se slabým pozadím.[21]:238 Druhá fáze výstavby využívá materiály vybrané pro nízkou radioaktivitu.[22]:30–37

Rozšíření CJPL-II

Laboratoř v současné době prochází významnou (50násobnou) expanzí. První fáze byla rychle naplněna a plány na druhou byly vypracovány rychle, než po dokončení hydroelektrického projektu v roce 2014 odešli dělníci a zařízení výkopu.[23]:20

Mírně na západ od CJPL-I, dva obchvatové tunely v celkové délce zhruba 1 km (3 300 ft)[23]:20 zbyly z výstavby sedmi tunelů projektu vodní elektrárny. Jsou to šikmé protínající se tunely, které spojují středy pěti vodních tunelů (čtyři čelní a jeden odvodňovací) s cestními tunely vedle a mírně nad nimi. Celkem 210 000 m3 (7.4×10^6 cu ft),[24]:4 a původně zamýšlel být blokován po stavbě,[23]:20 byly darovány laboratoři a budou použity na podpůrná zařízení.[25]:5

Rozšíření se přidalo 151 000 m3 (5.3×10^6 cu ft),[26]:4 dalšího výkopu[potřebuje aktualizaci ]: některé propojovací přístupové tunely, čtyři velké experimentální haly, každá 14 × 14 × 130 m (46 × 46 × 427 ft),[24]:6[10]:12[15]:15[23]:22[21]:239–240 a dvě jámy pro stínění nádrží pod podlahami hal.[27]:20–21[23]:24,27 The Čínský experiment temné hmoty má válcovou jámu, 18 m (59 ft) hlubokou a v průměru,[A] který bude naplněn a tekutý dusík nádrž a PandaX má eliptickou jámu[b] pro nádrž na stínění vody o hloubce 27 × 16 m (89 × 52 ft) a 14 m (46 ft).[21]:239–240,245Sály byly hotové do konce roku 2015,[27]:17, jámy do května 2016,[23]:24 a od května 2017 jsou vybaveny ventilačními systémy[23]:24–25 a další nezbytnosti. (To trochu zaostává za očekáváním, že budou připraveni na okupaci v lednu 2017.[15]:20)

Po dokončení se bude jednat o největší podzemní laboratoř na světě, která překoná současného držitele rekordů Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). I když větší haly a slabší síla hornin způsobují, že haly jsou užší než hlavní haly LNGS o šířce 20 m, jejich kombinovaná délka 520 m poskytuje více podlahového prostoru (7,280 vs. 6000 m2) než tři haly LNGS v celkové délce 300 metrů (980 ft).

Haly CJPL také uzavírají větší objem než u LNGS. CJPL má 93 300 m3[6][C] ve vlastních halách a další 9 300 m3 ve stínících jámách celkem 102 600 m3, o něco více než LNGS 95 100 m3.[d]

Výsledkem je včetně servisních oblastí mimo hlavní haly 200 000–300 000 m3 využitelného prostoru,[27]:18[23]:22[21]:239 více než celkový součet LNGS 180 000 m3. Celkový objem CJPL 361 000 m3 naznačuje, že CJPL je dvakrát větší, ale to by bylo zavádějící; všechny výkopy LNGS byly navrženy tak, aby byly laboratorní, a lze je tedy použít efektivněji než nové tunely CJPL.

Prostředky zařízení CJPL[19][25][24][27]
CJPL-ICJPL-II
Celkový objem[27]:214 000 m3
140 000 krychlových stop		210 000 + 151 000 m3
7.4×10^6 + 5.3×10^6 cu ft
Laboratorní oblast273 m2
2940 čtverečních stop		7 280 m2
78 400 čtverečních stop
Laboratorní objem1800 m3
64 000 krychlových stop		102 600 m3
3.62×10^6 cu ft
Elektrická energie70 kVA[24]:41250 (10 000) kVA[24]:15
Čerstvý vzduch2400 m3/ h[24]:4
85 000 krychlových stop / h		24 000 m3/ h[24]:10[21]:239
0.85×10^6 cu ft / h

Díky umístění laboratoře v hlavním hydroelektrickém zařízení je snadno dostupná další elektrická energie. CJPL-II je napájen dvěma redundantními 10 kV, 10 MVA napájecí kabely;[24]:15[27]:21 dostupný výkon je dočasně omezen redukčními transformátory 5 × 250 kVA v laboratoři (jeden na experimentální halu a pátý na zařízení).[24]:15 Rovněž není nedostatek vody[24]:14 pro chlazení vysoce výkonných zařízení.

V současné době se měří tok mionů v CJPL-II (a tedy ekvivalentní hloubce vody),[23]:25 a může se mírně lišit od CJPL-I, ale určitě zůstane nižší než SNOLAB v Kanada a tak si udrží rekord i pro nejhlubší laboratoř na světě.

Experimenty

Experimenty aktuálně fungující v CJPL jsou:

V laboratoři pracuje také zařízení s nízkým pozadím pomocí a vysoce čistý detektor germania, pro měření velmi nízkých úrovní radioaktivity.[1]:7[19] Nejedná se o samotný fyzikální experiment, ale o testování materiálů určených pro použití v těchto experimentech. Testuje také materiály použité ke konstrukci CJPL-II.[24]:27–32

Aktuálně plánované experimenty pro CJPL-II jsou:[15]:24–29[27]:23

Existují také návrhy pro:

Poznámky

  1. ^ Dřívější plány byly 16 m široké a hluboké, ale toto bylo zvětšeno na 18 m.
  2. ^ Není úplně jasné, zda je jáma eliptická (s plochou 27 × 16 ×π/4 = 339,3 m2) nebo a stadión ovál ve tvaru (o ploše 11 × 16 + 162×π/4 = 377,1 m2). Rozdíl je v objemu 4750 m3 vs. 5279 m3.
  3. ^ Průřezové výkresy hal CJPL jsou nekonzistentní.[19]:13 Klenutá střecha široká 14 ma 4,08 m sagitta pokrývá úhel 121 °; menší zobrazený úhel 114 ° by znamenal větší poloměr a menší sagittu 3,8 m. Ty vedou k průřezovým plochám 179 434 a 180 275 m2, respektive laboratorní objemy 93,306 a 93 743 m2, resp.
  4. ^ Předpokládá se, že hlavní haly LNGS jsou široké 20 m, s polokulovou střechou vrcholící ve výšce 18 m. Plocha průřezu je tedy 20 × (8 + 10 ×π/ 4) = 317,08 m2.

Reference

  1. ^ A b C Zeng, Zhi (2011-03-26). Nastavení nízkého zázemí v CJPL: Stručný úvod (PDF). Sympózium o budoucích aplikacích detektorů germania v základním výzkumu. Peking. Citováno 2014-11-19.
  2. ^ Neutrino příležitosti v Jinpingu (PDF). 28. května 2015. Citováno 2015-12-24.
  3. ^ „Projekt získávání dat pro CJPL“. 21. srpna 2010. Citováno 2015-09-16. Pozice CJPL v Mapách Google - http://goo.gl/xwcA (Souřadnice můžete použít přímo v mapách Google: 28.153227,101,711369) Toto je CJPL-I; CJPL-II je asi 500 m dále na západ.
  4. ^ Lin, S.T .; YuJainmin, Q. (12. září 2013). Stav a vyhlídky CJPL a experimentu CDEX. 13. mezinárodní konference o tématech z astropartiklů a fyziky podzemí. Fyzikální procedury. 61. 201–204. Bibcode:2015PhPro..61..201L. doi:10.1016 / j.phpro.2014.12.032. Laboratoř je vlastněna společností YaLong River Hydropower Development Company a spravována univerzitou Tsinghua v Číně.
  5. ^ 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 (srpen 2013). „Měření toku kosmického záření v podzemní laboratoři JinPing v Číně“ (PDF). Čínská fyzika C.. 37 (8): 086001. arXiv:1305.0899. Bibcode:2013ChPhC..37h6001W. doi:10.1088/1674-1137/37/8/086001. Archivovány od originál (PDF) dne 01.01.2017.
  6. ^ A b Li, Jainmin; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (9. dubna 2014). „Vývoj druhé fáze podzemní laboratoře JinPing v Číně“. Fyzikální procedury. 61: 576–585. arXiv:1404.2651. Bibcode:2015PhPro..61..576L. doi:10.1016 / j.phpro.2014.12.055.
  7. ^ A b C d PandaX Collaboration (srpen 2014). „PandaX: Experiment kapalných xenonových temných látek na CJPL“. Věda Čína Fyzika, mechanika a astronomie. 57 (8): 1476–1494. arXiv:1405.2882. Bibcode:2014SCPMA..57.1476C. doi:10.1007 / s11433-014-5521-2.
  8. ^ A b Zhang, Chunsheng; Chu, Weijiang; Liu, Ning; Zhu, Yongsheng; Hou, Jing (2011), „Laboratorní testy a numerické simulace křehkého mramoru a tlakové břidlice na vodní elektrárně Jinping II v Číně“ (PDF), Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 3 (1): 30–38, doi:10.3724 / SP.J.1235.2011.00030
  9. ^ A b C d E F Li, Jianmin (6. září 2013). Stav a plán čínské podzemní laboratoře JinPing (CJPL) (PDF). 13. mezinárodní konference o tématech z astropartikul a fyziky podzemí: Setkání města pro vývoj fáze 2. fáze čínské podzemní laboratoře. Asilomar, Kalifornie. Citováno 2014-11-19.
  10. ^ A b C d Li, Jianmin (9. září 2015). Současný stav a vyhlídky CJPL (PDF). XIV Mezinárodní konference o tématech z astročástic a fyziky podzemí (TAUP2015). Citováno 2015-11-28.
  11. ^ Zhao, Zhihong (06.06.2015). Geologické podmínky a geotechnická proveditelnost. Workshop 2015 programu Jinping Neutrino. Univerzita Tsinghua. Citováno 2015-08-15.
  12. ^ Chui, Glennda (únor 2010), „Nejhlubší laboratoř na světě navržená v Číně“, Symetrie, 7 (1): 5, ISSN  1931-8367
  13. ^ Strickland, Eliza (29. ledna 2014), "Nejhlubší podzemní detektor temné hmoty pro spuštění v Číně", IEEE Spectrum, 51 (2): 20, doi:10.1109 / MSPEC.2014.6729364, Nová čínská podzemní laboratoř je nejhlubší na světě, což znamená, že je dobře chráněna před kosmickým zářením; kromě toho je horninou kolem mramor, který je obzvláště bez radioaktivních materiálů, které by mohly produkovat falešné signály. „Velkou výhodou je, že PandaX je mnohem levnější a nepotřebuje tolik stínícího materiálu,“ říká Lorenzon.
  14. ^ Pocar, Andrea (8. září 2014). Hledání dvojitého rozkladu beta bez neutrin pomocí EXO-200 a nEXO (PDF). Workshop Neutrino Oscillation. Otranto. Citováno 2015-01-10.
  15. ^ A b C d E F G h i Yang, Li-Tao (21. července 2016). Nedávný stav podzemní laboratoře China Jinping (CJPL). Identifikace temné hmoty 2016. Sheffield. Archivovány od originál dne 19. srpna 2016.
  16. ^ A b Normile, Dennis (5. června 2009), „Čínští vědci doufají, že se splní nejhlubší a nejtemnější sny“, Věda, 324 (5932): 1246–1247, doi:10.1126 / science.324_1246, PMID  19498133
  17. ^ Feder, Toni (září 2010), „Čína, další kopají hlubší podzemní laboratoře“, Fyzika dnes, 63 (9): 25–27, Bibcode:2010PhT .... 63i..25F, doi:10.1063/1.3490493
  18. ^ Kang, K.J .; Cheng, J.P .; Chen, Y. H .; Li, Y.J .; Shen, M. B .; Wu, S. Y .; Yue, Q. (1. července 2009). Stav a vyhlídky hlubinné podzemní laboratoře v Číně. Témata z astropartikul a fyziky podzemí (TAUP 2009). Journal of Physics: Conference Series. 203 (12028). Řím. doi:10.1088/1742-6596/203/1/012028.
  19. ^ A b C d Yue, Qian (28. února 2014). Stav a vyhlídky CJPL (PDF). Temná hmota 2014. Westwood, Kalifornie. Archivovány od originál (PDF) dne 2014-11-29. Citováno 2014-11-19. Obrázek na str. 13 ukazuje tvar hal, i když rozměry se vyvinuly.
  20. ^ A b Wong, Henry (06.09.2011). Výstavba a uvedení do provozu podzemní laboratoře China Jinping a experimentu CDEX-TEXONO. 12. mezinárodní konference na témata z astropartiklů a fyziky podzemí. Mnichov. Citováno 2014-11-19.
  21. ^ A b C d E F Cheng, Jian-Ping; Kang, Ke-Jun; Li, Jian-Min; et al. (Říjen 2017). „Čínská podzemní laboratoř a její raná věda“. Výroční přehled jaderné a částicové vědy. 67: 231–251. arXiv:1801.00587. Bibcode:2017ARNPS..67..231C. doi:10.1146 / annurev-nucl-102115-044842.
  22. ^ Zeng, Zhi (23. října 2015). Stav CJPL-II (PDF). Závěrečné sympozium o čínsko-německé spolupráci GDT. Zámek Ringberg, Německo. Citováno 2018-03-01.
  23. ^ A b C d E F G h i j k l Ma, Hao (24. května 2017). Čínská podzemní laboratoř Jinping (CJPL): Stav a vyhlídky (PDF). Techniky nízké radioaktivity 2017. Soul.
  24. ^ A b C d E F G h i j k Li, Jianmin (06.06.2015). Představení podzemní laboratoře Jinping II. Workshop 2015 programu Jinping Neutrino. Univerzita Tsinghua. Citováno 2015-08-15. Popis postupu výstavby CJPL-II do začátku května 2015. Upozorňujeme, že některé stránky v této prezentaci uvádějí, že haly jsou 12 × 12 m; ty se zdají být čísly zkopírovanými ze starších prezentací a 14 × 14 je nové rozhodnutí.
  25. ^ A b Li, Jainmin; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (12. září 2013). Vývoj druhé fáze čínské podzemní laboratoře pro detektory vzácných událostí a multidisciplinární senzory fyziky. 13. mezinárodní konference o tématech z astropartiklů a fyziky podzemí. Asilomar, Kalifornie. Citováno 2014-11-21.
  26. ^ A b Wang, Zhe (5. listopadu 2016). China Jinping Underground Laboratory a Jinping neutrino experiment (PDF). Mezinárodní seminář o detektorech úniku nukleonů a neutrinových generacích nové generace (NNN16). Šanghaj.
  27. ^ A b C d E F G h i j k l Lin, Shin-Ted (29. prosince 2016). Stav a výsledky spolupráce CDEX v podzemní laboratoři Jinping (PDF). 4. mezinárodní workshop o temné hmotě, temné energii a asymetrii hmoty a antihmoty. Hsinchu, Tchaj-wan.
  28. ^ Qian Yue (24. března 2011). China JinPing underground Laboratory (CJPL) a China Darkmatter Experiment (CDEX) (PDF). Sympózium o budoucích aplikacích detektorů germania v základním výzkumu. Peking. Citováno 2014-11-19.
  29. ^ Liu, WeiPing; et al. (12. února 2016). Pokrok podzemní laboratoře Jinping pro jadernou astrofyziku (JUNA). Web konferencí EPJ. 109 (9001). doi:10.1051 / epjconf / 201610909001.
  30. ^ Beacom, John F .; et al. (21. června 2015). „Letter of Intent: Jinping Neutrino Experiment“. Čínská fyzika C.. 41 (2): 023002. arXiv:1602.01733. Bibcode:2017ChPhC..41b3002B. doi:10.1088/1674-1137/41/2/023002.
  31. ^ Šrámek, Ondřej; Roskovec, Bedřich; Wipperfurth, Scott A .; Xi, Yufei; McDonough, William F. (9. září 2016). „Odhalení zemského pláště z nejvyšších hor pomocí experimentu Jinping Neutrino“ (PDF). Vědecké zprávy. 6: 33034. Bibcode:2016NatSR ... 633034S. doi:10.1038 / srep33034. PMC  5017162. PMID  27611737.
  32. ^ Santos, D .; Billard, J .; Bosson, G .; et al. (8. dubna 2013). "MIMAC: Matice micro-tpc pro směrovou detekci temné hmoty". Journal of Physics: Conference Series. 460: 012007. arXiv:1304.2255. doi:10.1088/1742-6596/460/1/012007.

externí odkazy