Jinping (laboratorium)

Jinping Chinese Underground Laboratory ( kinesisk trad. 中国锦屏地下实验室, pinyin Zhōngguó Jǐnpíng dìxià shíyànshì ) är ett djupt underjordiskt laboratorium i Jinpingbergen i Sichuanprovinsen , Kina. Nivån av kosmisk strålning i laboratoriet överstiger inte 0,2 myon/(m² dag) [3] . Laboratoriet ligger på ett djup som motsvarar motsvarande vattenskikt på 6720 m [4] :2 och är därmed det mest skyddade underjordiska laboratoriet i världen [5] :17 . Laboratoriets faktiska djup är 2400 m, men det har horisontell åtkomst genom en tunnel, så utrustningen kan levereras på väg.

Även om marmorn som tunnlarna grävs i anses vara " hård bergart ", på stort djup ger den allvarligare tekniska och geologiska problem [6] [7] :16–27 [8] :16–19 än ännu hårdare magmatiska bergarter i som vanligtvis byggs djupa laboratorier [9] :13–14 . Vattentrycket i berget, som når 10 MPa (100 atm), orsakar också olägenheter. Den har dock fördelen av strålskydd i det låga innehållet av radionuklider [10] [11] såsom 40 K , 226 Ra , 232 Th [5] :17 och 238 U [12] :16 . Detta leder i sin tur till en låg radonhalt ( 222 Rn ) i atmosfären [13] :5 .

Laboratoriet ligger i Liangshan i södra Sichuan, cirka 500 km sydväst om Chengdu [5] :3 . Den närmaste större flygplatsen är Xichang Qingshan Airpot på ett avstånd av 120 km [7] :5 .

Historik

Jinping-II vattenkraftprojekt inkluderade byggandet av en serie tunnlar under Jinpingbergen : fyra vattenledningar 16,7 km långa för att förse vatten från reservoaren till generatorer [6] :30 , samt två transporttunnlar 17,5 km långa [7 ] :1 och en dräneringstunnel. Efter att ha lärt sig arbetet i Jinpingbergskedjan i augusti 2008 [14] [15] bestämde fysiker från Tsinghua University att det skulle vara en utmärkt plats för ett djupt underjordiskt laboratorium [16] och kom överens med ett vattenkraftföretag om att utveckla ett laboratorium utrymme i mitten av tunneln.

Det formella avtalet undertecknades den 8 maj 2009 [14] och brytningen påbörjades omedelbart [7] :29 . Den första fasen av CJPL-I , bestående av en 6,5 x 6,5 x 42 m [17] :8 huvudhall och en 55 m lång tillfartstunnel (totalt 4000 m³ utgrävning) [7] :15 färdigställdes i maj 2010. , helt klar den 12 juni 2010 [18] :7 Den officiella invigningen av laboratoriet ägde rum den 12 december 2010 [7] :37

Laboratoriet ligger söder om den sydligaste av de sju parallella tunnlarna i Jinping II vattenkraftverk , Transporttunnel A.

Luftventilationen vid CJPL-I var initialt otillräcklig, vilket resulterade i dammansamling på utrustning och radongas i luften, men ytterligare ventilation tillhandahölls därefter [19] :239 .

Ett svårare problem är att väggarna i CJPL-I kläddes med konventionell betong som hämtats från en försörjning från ett vattenkraftverk. Betong har en högre naturlig radioaktivitet än vad som är önskvärt för ett lågbakgrundslaboratorium [19] :238 . I det andra bygget användes material som valts ut med hänsyn till låg radioaktivitet [20] :30–37 .

CJPL-II förlängning

Därefter utökades laboratoriet avsevärt (med 50 gånger). Utbyggnadsplaner godkändes innan arbetare och utrustning lämnade tunnlarna efter färdigställandet av vattenkraftverket 2014 [21] :20 .

Väster om CJPL-I fanns två bypass-tunnlar, cirka 1 km långa [21] :20 , byggda som en del av byggandet av vattenkraftprojektets sju huvudtunnlar. Dessa är lutande korsande tunnlar som förbinder mittpunkterna av fem ledningar (fyra huvud- och en dränering) med transporttunnlar som löper parallellt och något ovanför dem. Dessa tunnlar, med en total volym på 210 000 m³ [22] :4 , som planerades att blockeras efter att bygget var färdigt [21] :20 , donerades till laboratoriet för användning som hjälpanläggningar [23] :5 .

Under utbyggnaden av laboratoriet genomfördes ytterligare en utgrävning av 151 000 m³ jord [24] :4 : flera anslutande tunnlar, fyra stora försökshallar, var och en på 14 × 14 × 130 m [22] :6 [8] : 12 [13] :15 [ 21] :22 [19] :239–240 och två gropar för skyddstankar under golvet i hallarna [25] :20–21 [21] :24,27 . Det kinesiska experimentet för att upptäcka mörk materia använde en cylindrisk grop 18 m i diameter och djup [a] som innehöll en reservoar av flytande kväve , medan PandaX- experimentet använde en elliptisk grop [b] för en reservoar med vatten som mätte 27×16 m och 14 m djup [19] :239–240,245 . Hallarna stod färdiga i slutet av 2015 [25] :17 ; gropar - i maj 2016 [21] :24 , och från och med maj 2017 var de utrustade med ventilationssystem [21] :24-25 och annan nödvändig utrustning. Det planerade driftsättningsdatumet definierades som januari 2017 [13] :20 .

Det är för närvarande det största underjordiska laboratoriet i världen och överträffar den tidigare rekordhållaren, Gran Sasso National Laboratory (LNGS), som ägs av Italien. Även om det större djupet och det svagare berget gör hallarna smalare än de 20 m stora LNGS-hallarna, är deras totala längd 520 m, vilket ger mer golvyta (7280 mot 6000 m²) än de tre LNGS-hallarna på totalt 300 m.

CJPL-hallarna har också en större volym än LNGS-hallarna. CJPL har 93 300 m3 [4] [c] i själva hallarna, och ytterligare 9 300 m3 i inneslutningsgropar, totalt 102 600 m3, något mer än LNGS:s 95 100 m3. [d]

Inklusive kontorsutrymmen utanför de stora hallarna, har CJPL 200–300 tusen m³ användbar volym [25] :18 [21] :22 [19] :239 mot 180 000 m3 för LNGS. Den totala volymen på 361 000 m3 tyder på att CJPL är dubbelt så stor, men detta är missvisande: alla LNGS-anläggningar utformades som ett laboratorium och kan därför användas mer effektivt än de återanvända CJPL-tunnlarna.

På grund av platsen för laboratoriet på territoriet för ett stort vattenkraftverk är ytterligare el lätt tillgänglig. CJPL-II är utrustad med två redundanta 10 kV, 10 MVA strömkablar; [22] :15 [25] :21 tillgänglig effekt är tillfälligt begränsad till 5 × 250 kVA nedtrappningstransformatorer (en för varje försöksrum och en femte för hjälprum) [22] :15 . Det råder heller ingen brist på vatten [22] :14 för att kyla kraftfull utrustning.

Myonflödet (och därmed vattendjupsekvivalenten) för CJPL-II mäts för närvarande till [21] :25 och kan skilja sig något från CJPL-I, men det kommer säkerligen att förbli lägre än SNOLAB i Kanada och därmed kommer CJPL att hålla rekordet som det djupaste labbet i världen.

Experiment

Följande experiment pågår för närvarande på CJPL:

• China Dark Matter Experiment (CDEX), en detektor av germanium mörk materia , och
• PandaX , en partikel- och astrofysisk xenondetektor för mörk materia (och neutronfri dubbel beta-sönderfall )

Laboratoriet driver också en anläggning med låg bakgrund som använder en germaniumdetektor med hög renhet för att mäta mycket låga nivåer av radioaktivitet [2] [17] :7 . Detta är inte ett fysiskt experiment, utan ett test av material avsedda att användas i experiment. Han testar också materialen som används för att skapa CJPL-II [22] :27-32 .

Följande experiment är för närvarande planerade för CJPL-II: [13] :24–29 [25] :23

• en större version av CDEX med en detektormassa i ton; [8] :23 [13] :25 [25] :23 [21] :27
• en förstorad version av PandaX med en detektormassa i ton; [8] :25 [13] :26 [25] :23
• Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), ett experiment för att mäta hastigheten för astrofysiskt viktiga kärnreaktioner i stjärnor; [26] [13] :27 och
• möjligen en mörkmaterialdetektor baserad på flytande argon . [13] :28 [25] :23 [21] :26

Det finns även förslag på:

• Jinping Neutrino Experiment [27] [25] :23 - ett experiment som drar fördel av CJPL:s läge borta från kärnreaktorer och därmed har det lägsta reaktorneutrinoflödet av något underjordiskt labb, [24] :6 för att göra exakta mätningar av solenergi och geoneutriner , [28] [13] :29 ,
• CUPID ( CUORE Upgrade with Particle Identification), ett experiment på neutrinolös dubbel beta-sönderfall, [21] :26 och
• en riktad mörk materiadetektor byggd av MIMAC-samarbetet (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) [25] som ett komplement till deras detektor som för närvarande arbetar vid Modane underjordiska laboratorium [29] .

Anteckningar

1. ↑ Initialt planerade dimensioner var 16 m.
2. ↑ Det är inte helt klart om gropen är elliptisk (med en area på 27×16× π /4 = 339,3 m2 ) eller en stadionformad oval (med en area på 11×16 + 16 2 × π / 4 = 377,1 m2 ). Skillnaden är en volym på 4750 m3 vs. 5279 m3 .
3. ↑ Tvärsnittsritningarna av CJPL:s hallar är inkonsekventa [17] :13 . Ett välvt tak 14 m brett med 4,08 m sagitta spänner över en vinkel på 121°; den mindre 114° vinkeln som visas skulle innebära en större radie och mindre sagitta på 3,8 m. Dessa leder till tvärsnittsareor på 179.434 respektive 180.275 m 2 och labbvolymer på 93 306 respektive 93 743 m 2 .
4. ↑ LNGS:s stora salar antas vara 20 m breda, med ett halvklotformigt tak med en topp på 18 m. Således är tvärsnittsarean 20×(8+10× π /4) = 317,08 m².

Länkar

1. ↑ Datainsamlingsprojekt för CJPL (21 augusti 2010). - "CJPL-position i Google Maps - http://goo.gl/xwcA (Du kan använda koordinaterna direkt i google maps: 28.153227,101.711369)". Hämtad 16 september 2015. (obestämd) Detta är CJPL-I; CJPL-II ligger cirka 500 m längre västerut.
2. ↑ 1 2 Zeng, Zhi (2011-03-26). Low Background Facility Setup i CJPL: A Brief Introduction (PDF) . Symposium om framtida tillämpningar av germaniumdetektorer i grundforskning . Peking . Hämtad 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-Ming; Wu, Shi-Yong; Xue, Tao; Yi, Nan; Zeng, Xiong-Hui; Zeng, Zhi; Zhu, Zhong-Hua (augusti 2013). "Mätning av kosmisk strålning i Kinas JinPing underjordiska laboratorium" (PDF) . Kinesisk fysik C. 37 (8): 086001. arXiv : 1305.0899 . Bibcode : 2013ChPhC..37h6001W . DOI : 10.1088/1674-1137/37/8/086001 . Arkiverad från originalet (PDF) 2017-01-01.
4. ↑ 12 Li, Jainmin ; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (9 april 2014). "Den andra fasens utveckling av China JinPing underground Laboratory". Fysik 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 (augusti 2014). "PandaX: A Liquid Xenon Dark Matter Experiment at CJPL". Vetenskap Kina Fysik, mekanik och astronomi . 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), Laboratorietester och numeriska simuleringar av spröd marmor och klämskiffer vid Jinping II vattenkraftverk, Kina , Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering vol . 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). Status och plan för Kinas JinPing underjordiska laboratorium (CJPL) (PDF) . 13:e internationella konferensen om ämnen i astropartikel- och underjordsfysik: Ett stadsmöte för 2:a fasens utveckling av China Jinping Underground Laboratory . Asilomar, Kalifornien . Hämtad 2014-11-19 .
8. ↑ 1 2 3 4 Li, Jianmin (9 september 2015). Den senaste statusen och utsikterna för CJPL (PDF) . XIV Internationell konferens om ämnen i astropartikel- och underjordsfysik (TAUP2015) . Hämtad 2015-11-28 .
9. ↑ Zhao, Zhihong (2015-06-05). Geologiska förhållanden och geoteknisk genomförbarhet . 2015 Workshop av Jinping Neutrino Program. Tsinghua universitet . Hämtad 2015-08-15 . Arkiverad 8 december 2015 på Wayback Machine
10. ↑ Chui, Glennda (februari 2010), Världens djupaste lab föreslås i Kina , Symmetry vol 7 (1): 5, ISSN 1931-8367 , < http://www.symmetrymagazine.org/article/october-2010/worlds- djupaste-labb-föreslagna-i-Kina > 
11. ↑ Strickland, Eliza (29 januari 2014), Deepest Underground Dark-Matter Detector to Start Up in China , IEEE Spectrum T. 51(2):20, doi : 10.1109/MSPEC.2014.6729364 , < https: //spectrum.iee .org/aerospace/astrophysics/deepest-underground-darkmatter-detector-to-start-up-in-china > 
12. ↑ Pocar, Andrea (8 september 2014). Söker efter neutrinofri dubbel beta-sönderfall med EXO-200 och nEXO (PDF) . Neutrino Oscillation Workshop. Otranto . Hämtad 2015-01-10 .
13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang, Li-Tao (21 juli 2016). Senaste status för China Jinping Underground Laboratory (CJPL) . Identifiering av mörk materia 2016 . Sheffield. Arkiverad från originalet den 19 augusti 2016. Utfasad parameter används |url-status=( hjälp )
14. ↑ 1 2 Normile, Dennis (5 juni 2009), Chinese Scientists Hope to Make Deepest, Darkest Dreams Come True , Science vol 324 (5932): 1246–1247, PMID 19498133 , doi : 10.13126/ science : 10.13146 /6 //www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2009/today09-06-10.html > 
15. ↑ Feder, Toni (september 2010), Kina, andra gräver mer och djupare underjordiska laboratorier , 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 juli 2009). Status och framtidsutsikter för ett djupt underjordiskt laboratorium i Kina . Ämnen i astropartikel- och underjordsfysik (TAUP 2009) . Journal of Physics: Conference Series . 203 (12028). Rom. DOI : 10.1088/1742-6596/203/1/012028 .
17. ↑ 1 2 3 4 Yue, Qian (28 februari 2014). Status och utsikter för CJPL (PDF) . Dark Matter 2014 . Westwood, Kalifornien. Arkiverad från originalet (PDF) 2014-11-29 . Hämtad 2014-11-19 . Utfasad parameter används |url-status=( hjälp ) Figuren på sid. 13 visar formen på hallarna, även om dimensionerna har utvecklats.
18. ↑ Wong, Henry (2011-09-06). Konstruktion och driftsättning av China Jinpings underjordiska laboratorium och CDEX-TEXONO-experimentet . 12:e internationella konferensen om ämnen i astropartikel- och underjordisk fysik . München . Hämtad 2014-11-19 .
19. ↑ 1 2 3 4 5 6 Cheng, Jian-Ping; Kang, Ke-Jun; Li, Jian-Min; et al. (oktober 2017). "Kina Jinping Underground Laboratory och dess tidiga vetenskap". Årlig översyn av kärn- och partikelvetenskap . 67 : 231-251. arXiv : 1801.00587 . Bibcode : 2017ARNPS..67..231C . doi : 10.1146/annurev-nucl-102115-044842 .
20. ↑ Zeng, Zhi (23 oktober 2015). Status för CJPL-II (PDF) . Slutsymposium för det kinesisk-tyska GDT-samarbetet . Schloss Ringberg , Tyskland . Hämtad 2018-03-01 .
21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ma, Hao (24 maj 2017). China Jinping Underground Laboratory (CJPL): Status och framtidsutsikter (PDF) . Lågradioaktivitetstekniker 2017. Seoul.
22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Li, Jianmin (2015-06-05). Introduktion av Jinping underjordiskt laboratorium II . 2015 Workshop av Jinping Neutrino Program . Tsinghua universitet . Hämtad 2015-08-15 . En beskrivning av CJPL-II-konstruktionens framsteg till början av maj 2015. Observera att vissa sidor i denna presentation säger att hallarna är 12×12 m; det verkar vara siffror kopierade från äldre presentationer, och 14×14 är det nya beslutet.
23. ↑ 12 Li, Jainmin ; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (12 september 2013). Den andra fasens utveckling av Kinas JinPings underjordiska laboratorium för fysikdetektorer för sällsynta händelser och multidisciplinära sensorer . 13:e internationella konferensen om ämnen i astropartikel- och underjordisk fysik . Asilomar, Kalifornien . Hämtad 2014-11-21 .
24. ↑ 12 Wang, Zhe (5 november 2016) . Kina Jinping Underground Laboratory och Jinping neutrinoexperiment (PDF) . Internationell workshop om nästa generations nukleonförfall och neutrinodetektorer (NNN16) . Shanghai.
25. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lin, Shin-Ted (29 december 2016). Status och resultat från CDEX-samarbete vid Jinping Underground Laboratory (PDF) . Fjärde internationella workshopen om mörk materia, mörk energi och materia-antimateriaasymmetri . Hsinchu, Taiwan.
26. ↑ Liu, Weiping; et al. (12 februari 2016). Framsteg för Jinping Underground Laboratory for Nuclear Astrophysics (JUNA) . EPJ Web of Conferences . 109 (9001). doi : 10.1051/ epjconf /201610909001 .
27. ↑ Beacom, John F. (21 juni 2015). "Letter of Intent: Jinping Neutrino Experiment". Kinesisk fysik 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 september 2016). "Avslöja jordens mantel från de högsta bergen med hjälp av Jinping Neutrino Experiment" (PDF) . vetenskapliga rapporter . 6 : 33034. Bibcode : 2016NatSR...633034S . doi : 10.1038/ srep33034 . PMC 5017162 . PMID27611737 . _  
29. ↑ Santos, D. (8 april 2013). "MIMAC: En mikro-tpc-matris för riktningsdetektering av mörk materia." Journal of Physics: Conference Series . 460 . arXiv : 1304.2255 . DOI : 10.1088/1742-6596/460/1/012007 .

Se även

• HPP Jinping-II

Externa länkar

• Hemsida för CJPL (Tsinghua University)
• Jinping Neutrino Experiment Hemsida (Tsinghua University)
• CJPL GitHub-sida
• Symposium om framtida tillämpningar av germaniumdetektorer i grundforskning i Peking, med många CJPL-presentationer
• Stadsmöte tillägnat den andra fasen av utvecklingen av det underjordiska laboratoriet i Jinping i Kina (8 september 2013) vid den 13:e internationella konferensen om astronomisk fysik och underjordisk fysik
• CJPL 2015 konferenspresentationer Arkiverade 8 december 2015 på Wayback Machine