Jinping (laboratoř)

Čínská podzemní laboratoř Jinping ( čínské trad. 中国锦屏地下实验室, pinyin Zhōngguó Jǐnpíng dìxià shíyànshì ) je hluboká podzemní laboratoř v pohoří Jinping v provincii Sichuan v Číně. Úroveň kosmického záření v laboratoři nepřesahuje 0,2 mionů/(m² den) [3] . Laboratoř se nachází v hloubce odpovídající ekvivalentní vodní vrstvě 6720 m [4] :2 a je tak nejchráněnější podzemní laboratoří na světě [5] :17 . Skutečná hloubka laboratoře je 2400 m, ale má horizontální přístup tunelem, takže zařízení lze dopravit po silnici.

Ačkoli je mramor , ve kterém jsou tunely vyhloubeny, považován za „ tvrdou skálu “, ve velké hloubce představuje vážnější inženýrské a geologické problémy [6] [7] :16–27 [8] :16–19 než ještě tvrdší vyvřelé horniny v které se obvykle hlubinné laboratoře budují [9] :13–14 . Nepříjemnosti způsobuje i tlak vody v hornině, který dosahuje 10 MPa (100 atm). Má však výhodu radiační ochrany v nízkém obsahu radionuklidů [10] [11] jako je 40 K , 226 Ra , 232 Th [5] :17 a 238 U [12] :16 . To zase vede k nízké hladině radonu ( 222 Rn ) v atmosféře [13] :5 .

Laboratoř se nachází v Liangshanu na jihu Sichuanu, asi 500 km jihozápadně od Čcheng-tu [5] :3 . Nejbližší velké letiště je Xichang Qingshan Airpot ve vzdálenosti 120 km [7] :5 .

Historie

Projekt vodní elektrárny Ťin-pching-II zahrnoval výstavbu řady tunelů pod pohořím Ťin-pching : čtyři vodovodní potrubí o délce 16,7 km pro zásobování vodou z nádrže do generátorů [6] :30 a také dva dopravní tunely o délce 17,5 km [7 ] :1 a jeden odvodňovací tunel. Když se fyzici z Tsinghua University dozvěděli o práci v pohoří Ťin-pching v srpnu 2008 [14] [15] , rozhodli se, že by to bylo skvělé místo pro hlubokou podzemní laboratoř [16] a dohodli se s hydroelektrárenskou společností na vývoji laboratoře prostor uprostřed tunelu.

Formální dohoda byla podepsána 8. května 2009 [14] a těžba byla okamžitě zahájena [7] :29 . První fáze CJPL-I sestávající z 6,5 x 6,5 x 42 m [17] :8 hlavní haly a 55 m dlouhého přístupového tunelu (celkem 4000 m³ výkopu) [7] :15 byla dokončena do května 2010. plně dokončeno 12. června 2010 [18] :7 Oficiální otevření laboratoře proběhlo 12. prosince 2010 [7] :37

Laboratoř se nachází jižně od nejjižnějšího ze sedmi paralelních tunelů vodní elektrárny Jinping II , dopravního tunelu A.

Vzduchová ventilace na CJPL-I byla zpočátku nedostatečná, což vedlo k akumulaci prachu na zařízení a radonu ve vzduchu, ale následně byla zajištěna další ventilace [19] :239 .

Obtížnějším problémem je, že stěny CJPL-I byly obloženy klasickým betonem odebraným ze zásobování z vodní elektrárny. Beton má vyšší přirozenou radioaktivitu, než je žádoucí pro laboratoř s nízkým pozadím [19] :238 . Ve druhé fázi výstavby byly použity materiály, které byly vybrány s ohledem na nízkou radioaktivitu [20] :30–37 .

Rozšíření CJPL-II

Následně se laboratoř výrazně rozšířila (50x). Plány rozšíření byly schváleny předtím, než pracovníci a zařízení opustili tunely po dokončení vodní elektrárny v roce 2014 [21] :20 .

Západně od CJPL-I byly v rámci výstavby sedmi hlavních tunelů hydroenergetického projektu vybudovány dva obchvatové tunely o délce přibližně 1 km [21] :20 . Jedná se o šikmé křížové tunely, které spojují středy pěti potrubí (čtyř hlavních a jednoho odvodňovacího) s dopravními tunely probíhajícími paralelně a mírně nad nimi. Tyto tunely o celkovém objemu 210 000 m³ [22] :4 , které měly být po dokončení stavby zablokovány [21] :20 , byly darovány laboratoři k využití jako pomocná zařízení [23] :5 .

Během rozšiřování laboratoře byl proveden dodatečný výkop 151 000 m³ zeminy [24] :4 : několik spojovacích tunelů, čtyři velké experimentální haly, každá o rozměrech 14 × 14 × 130 m [22] :6 [8] : 12 [13] :15 [ 21] :22 [19] :239–240 a dvě jámy pro ochranné nádrže pod podlahou hal [25] :20–21 [21] :24,27 . Čínský experiment k detekci temné hmoty používal válcovou jámu o průměru a hloubce 18 m [a] obsahující zásobník kapalného dusíku , zatímco experiment PandaX používal eliptickou jámu [b] pro zásobník vody o rozměrech 27×16 m a 14 m hluboký [19] :239–240,245 . Haly byly dokončeny do konce roku 2015 [25] :17 ; jámy - do května 2016 [21] :24 , a od května 2017 byly vybaveny ventilačními systémy [21] :24-25 a dalším potřebným zařízením. Plánovaný termín uvedení do provozu byl definován na leden 2017 [13] :20 .

V současnosti jde o největší podzemní laboratoř na světě, která překonala dosavadního rekordmana, Gran Sasso National Laboratory (LNGS), vlastněnou Itálií. Přestože větší hloubka a slabší hornina činí haly užšími než 20m hlavní haly LNGS, jejich celková délka je 520 m, což poskytuje větší podlahovou plochu (7280 vs 6000 m²) než tři haly LNGS o celkové ploše 300 m.

Haly CJPL mají také větší objem než haly LNGS. CJPL má 93 300 m3 [4] [c] v samotných halách a dalších 9 300 m3 v kontejnmentových jímkách, celkem 102 600 m3, o něco více než 95 100 m3 LNGS. [d]

Včetně kancelářských prostor mimo hlavní haly má CJPL 200–300 tisíc m³ využitelného objemu [25] :18 [21] :22 [19] :239 oproti 180 000 m3 pro LNGS. Celkový objem 361 000 m3 naznačuje, že CJPL je dvakrát větší, ale to je zavádějící: všechna zařízení LNGS byla navržena jako laboratoř, a lze je tedy využívat efektivněji než předělané tunely CJPL.

Díky umístění laboratoře na území velké vodní elektrárny je další elektřina snadno dostupná. CJPL-II je vybaven dvěma redundantními napájecími kabely 10 kV, 10 MVA; [22] :15 [25] :21 dostupný výkon je dočasně omezen na snižovací transformátory 5 × 250 kVA (jeden pro každou experimentální místnost a pátý pro pomocné místnosti) [22] :15 . Nechybí ani voda [22] :14 pro chlazení výkonných zařízení.

Tok mionů (a tedy ekvivalent hloubky vody) CJPL-II je v současné době měřen na [21] :25 a může se mírně lišit od CJPL-I, ale určitě zůstane nižší než SNOLAB v Kanadě , a proto bude CJPL držet rekord jako nejhlubší laboratoř na světě.

Experimenty

V CJPL v současné době probíhají následující experimenty:

• China Dark Matter Experiment (CDEX), germaniový detektor temné hmoty a
• PandaX , částicový a astrofyzikální xenonový detektor pro temnou hmotu (a bezutronový dvojitý beta rozpad )

Laboratoř také provozuje zařízení s nízkým pozadím, které používá vysoce čistý germaniový detektor k měření velmi nízkých úrovní radioaktivity [2] [17] :7 . Nejedná se o fyzikální experiment, ale o test materiálů určených pro použití v experimentech. Také testuje materiály použité k vytvoření CJPL-II [22] :27-32 .

Pro CJPL-II jsou v současné době plánovány následující experimenty: [13] :24–29 [25] :23

• větší verze CDEX s hmotností detektoru v tunách; [8] :23 [13] :25 [25] :23 [21] :27
• zvětšená verze PandaX s hmotností detektoru v tunách; [8] :25 [13] :26 [25] :23
• Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), experiment na měření rychlosti astrofyzikálně důležitých jaderných reakcí ve hvězdách; [26] [13] :27 a
• případně detektor temné hmoty na bázi kapalného argonu . [13] :28 [25] :23 [21] :26

Existují také návrhy pro:

• Jinping Neutrino Experiment [27] [25] :23 - experiment, který využívá umístění CJPL mimo jaderné reaktory, a proto má nejnižší tok neutrin v reaktoru ze všech podzemních laboratoří, [24] :6 k provádění přesných měření slunečních a geoneutrin , [28] [13] :29 ,
• CUPID ( CUORE Upgrade with Particle Identification), experiment na bezneutrinový dvojitý rozpad beta, [21] :26 a
• směrový detektor temné hmoty postavený ve spolupráci MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) [25] jako doplněk k jejich detektoru, který v současnosti funguje v podzemní laboratoři Modane [29] .

Poznámky

1. ↑ Původně plánované rozměry byly 16 m.
2. ↑ Není zcela jasné, zda je jáma eliptická (o ploše 27×16× π /4 = 339,3 m2 ) nebo stadion ve tvaru oválu (o ploše 11×16 + 16 2 × π / 4 = 377,1 m2 ). Rozdíl je objem 4750 m3 vs. 5279 m3 .
3. ↑ Výkresy příčných řezů sálů CJPL jsou nekonzistentní [17] :13 . Klenutá střecha 14 m široká s 4,08 m sagitta překlenuje 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 a objemům laboratoří 93 306 a 93 743 m2 .
4. ↑ Předpokládá se, že hlavní haly LNGS jsou široké 20 m, s polokulovou střechou dosahující 18 m. Plocha průřezu je tedy 20×(8+10× π /4) = 317,08 m².

Odkazy

1. ↑ Projekt získávání dat pro CJPL (21. srpna 2010). - "Pozice CJPL v Mapách Google - http://goo.gl/xwcA (souřadnice můžete použít přímo v mapách Google: 28.153227,101.711369)". Získáno 16. září 2015. (neurčitý) Toto je CJPL-I; CJPL-II je asi 500 m dále na západ.
2. ↑ 1 2 Zeng, Zhi (26. 3. 2011). Nízké nastavení zařízení na pozadí v CJPL: Stručný úvod (PDF) . Symposium o budoucích aplikacích germaniových detektorů v základním výzkumu . Peking . Staženo 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 (srpen 2013). „Měření toku kosmického záření v podzemní laboratoři China JinPing“ (PDF) . Čínská fyzika C. 37 (8): 086001. arXiv : 1305,0899 . Bibcode : 2013ChPhC..37h6001W . DOI : 10.1088/1674-1137/37/8/086001 . Archivováno z originálu (PDF) dne 2017-01-01.
4. ↑ 12 Li, Jainmin ; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (9. dubna 2014). „Druhá fáze vývoje podzemní laboratoře China JinPing“. Fyzikální postup . 61 : 576-585. arXiv : 1404.2651 . Bibcode : 2015PhPro..61..576L . DOI : 10.1016/j.phpro.2014.12.055 .
5. ↑ 1 2 3 PandaX Collaboration (srpen 2014). „PandaX: A Liquid Xenon Dark Matter Experiment 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 .
6. ↑ 1 2 Zhang, Chunsheng; Chu, Weijiang; Liu, Ning & Zhu, Yongsheng (2011), Laboratorní testy a numerické simulace křehkého mramoru a mačkání břidlice ve vodní elektrárně Jinping II, Čína , Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, díl 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. září 2013). Stav a plán čínské podzemní laboratoře JinPing (CJPL) (PDF) . 13. mezinárodní konference o tématech astročásticové a podzemní fyziky: Městské setkání pro 2. fázi rozvoje podzemní laboratoře China Jinping . Asilomar, Kalifornie . Staženo 2014-11-19 .
8. ↑ 1 2 3 4 Li, Jianmin (9. září 2015). Aktuální stav a vyhlídky CJPL (PDF) . XIV Mezinárodní konference o tématech astročásticové a podzemní fyziky (TAUP2015) . Staženo 28. 11. 2015 .
9. ↑ Zhao, Zhihong (2015-06-05). Geologické podmínky a geotechnická proveditelnost . 2015 Workshop programu Jinping Neutrino. Univerzita Tsinghua . Staženo 2015-08-15 . Archivováno 8. prosince 2015 na Wayback Machine
10. ↑ Chui, Glennda (únor 2010), nejhlubší světová laboratoř navržená v Číně , Symmetry vol . 7 (1): 5, ISSN 1931-8367 , < http://www.symmetrymagazine.org/article/october-2010/worlds- nejhlubší laboratoř navržená v Číně > 
11. ↑ Strickland, Eliza (29. ledna 2014), Deepest Underground Dark-Matter Detector to Start Up in China , IEEE Spectrum T. 51(2):20, doi : 10.1109/MSPEC.2014.6729364 , < ee https://spectrum.ie .org/aerospace/astrophysics/deepest-underground-darkmatter-detector-to-start-up-in-china > 
12. ↑ Pocar, Andrea (8. září 2014). Hledání dvojitého rozpadu beta bez neutrin pomocí EXO-200 a nEXO (PDF) . Workshop oscilace neutrin. Otranto . Staženo 2015-01-10 .
13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang, Li-Tao (21. července 2016). Nedávný stav podzemní laboratoře China Jinping Underground Laboratory (CJPL) . Identifikace temné hmoty 2016 . Sheffield. Archivováno z originálu dne 19. srpna 2016. Použitý zastaralý parametr |url-status=( nápověda )
14. ↑ 1 2 Normile, Dennis (5. června 2009), čínští vědci doufají, že se splní nejhlubší a nejtemnější sny , Science vol . 324 (5932): 1246–1247, PMID 19498133 , doi : 10.1126 / sci //www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2009/today09-06-10.html > 
15. ↑ Feder, Toni (září 2010), Čína, jiní kopají více a hlouběji podzemní laboratoře , 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. července 2009). Stav a vyhlídky hlubinné podzemní laboratoře v Číně . Témata astročásticové a podzemní fyziky (TAUP 2009) . Journal of Physics: Conference Series . 203 (12028). Řím. DOI : 10.1088/1742-6596/203/1/012028 .
17. ↑ 1 2 3 4 Yue, Qian (28. února 2014). Stav a vyhlídky CJPL (PDF) . Temná hmota 2014 . Westwood, Kalifornie. Archivováno z originálu (PDF) dne 29. 11. 2014 . Staženo 2014-11-19 . Použitý zastaralý parametr |url-status=( nápověda ) Obrázek na str. 13 ukazuje tvar sálů, i když rozměry se vyvíjely.
18. ↑ Wong, Henry (2011-09-06). Výstavba a uvedení do provozu podzemní laboratoře China Jinping a experimentu CDEX-TEXONO . 12. mezinárodní konference o tématech astročásticové a podzemní fyziky . Mnichov . Staženo 2014-11-19 .
19. ↑ 1 2 3 4 5 6 Cheng, Jian-Ping; Kang, Ke-Jun; Li, Jian-Min; a kol. (říjen 2017). „Podzemní laboratoř China Jinping a její raná věda“. Výroční přehled jaderné vědy a vědy o částicích . 67 : 231-251. arXiv : 1801.00587 . Bibcode : 2017ARNPS..67..231C . doi : 10.1146/annurev-nucl-102115-044842 .
20. ↑ Zeng, Zhi (23. října 2015). Stav CJPL-II (PDF) . Závěrečné sympozium čínsko-německé spolupráce GDT . Schloss Ringberg , Německo . Staženo 2018-03-01 .
21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ma, Hao (24. května 2017). China Jinping Underground Laboratory (CJPL): Stav a vyhlídky (PDF) . Techniky nízké radioaktivity 2017. Soul.
22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Li, Jianmin (2015-06-05). Představení podzemní laboratoře Ťin-pching II . 2015 Workshop programu Jinping Neutrino . Univerzita Tsinghua . Staženo 2015-08-15 . Popis postupu výstavby CJPL-II do začátku května 2015. Všimněte si, že na některých stránkách v této prezentaci jsou haly o rozměrech 12×12 m; zdá se, že jde o obrázky zkopírované ze starších prezentací a 14×14 je nové rozhodnutí.
23. ↑ 12 Li, Jainmin ; Ji, Xiangdong; Haxton, Wick; Wang, Joseph S.Y. (12. září 2013). Druhá fáze vývoje podzemní laboratoře China JinPing pro fyzikální detektory vzácných událostí a multidisciplinární senzory . 13. mezinárodní konference o tématech astročásticové a podzemní fyziky . Asilomar, Kalifornie . Staženo 21. 11. 2014 .
24. ↑ 12 Wang, Zhe (5. listopadu 2016) . China Jinping Underground Laboratory a Jinping neutrinový experiment (PDF) . Mezinárodní seminář o nukleonovém rozpadu a detektorech neutrin nové generace (NNN16) . Šanghaj.
25. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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
26. ↑ Liu, pláč; a kol. (12. února 2016). Pokrok Ťin-pchingské podzemní laboratoře pro jadernou astrofyziku (JUNA) . Web konferencí EPJ . 109 (9001). doi : 10.1051/ epjconf /201610909001 .
27. ↑ Beacom, John F. (21. června 2015). „Letter of Intent: Jinping Neutrino Experiment“ . Čínská fyzika 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. září 2016). „Odhalení zemského pláště z nejvyšších hor pomocí experimentu Jinping Neutrino Experiment“ (PDF) . vědecké zprávy . 6 : 33034. Bibcode : 2016NatSR...633034S . doi : 10.1038/ srep33034 . PMC 5017162 . PMID27611737 . _  
29. ↑ Santos, D. (8. dubna 2013). "MIMAC: Matrice micro-tpc pro směrovou detekci temné hmoty." Journal of Physics: Conference Series . 460 . arXiv : 1304.2255 . DOI : 10.1088/1742-6596/460/1/012007 .

Viz také

• HPP Jinping-II

Externí odkazy

• Domovská stránka CJPL (Tsinghua University)
• Domovská stránka experimentu Jinping Neutrino (Univerzita Tsinghua)
• Stránka GitHub CJPL
• Symposium o budoucích aplikacích germaniových detektorů v základním výzkumu v Pekingu s četnými prezentacemi CJPL
• Městské setkání věnované 2. fázi rozvoje podzemní laboratoře v Ťin-pchingu v Číně (8. září 2013) na 13. mezinárodní konferenci astronomické fyziky a podzemní fyziky
• Prezentace z konference CJPL 2015 archivovány 8. prosince 2015 na Wayback Machine