Китайская подземная лаборатория Цзиньпи́н () — глубокая подземная лаборатория в горах Цзиньпин провинции Сычуань, Китай. Уровень космических лучей в лаборатории не превышает 0,2 мюонов/(м²·сутки). Лаборатория находится на глубине, соответствующей эквивалентному слою воды 6720 м и таким образом является самой защищенной подземной лабораторией в мире. Фактическая глубина лаборатории составляет 2400 м, однако к ней имеется горизонтальный доступ через туннель, поэтому оборудование может быть доставлено автотранспортом.

Хотя мрамор, в котором вырыты туннели, считается «твердой породой», на большой глубине он представляет более серьезные инженерно-геологические проблемы чем даже более твердые магматические породы в какие обычно строят глубокие лаборатории. Неудобство доставляет также давление воды в породе, достигающее 10 МПа (100 атм). Однако обладает преимуществом радиационной защиты, заключающимся в низком содержании радионуклидов, таких как 40K, 226Ra, 232Th и 238U. Это, в свою очередь, приводит к низкому уровню радона (222Rn) в атмосфере.

Лаборатория находится в Ляншане на юге Сычуани, около 500 км к юго-западу от Чэнду. Ближайший крупный аэропорт - Xichang Qingshan Airpot на расстоянии 120 км.

История Проект гидроэлектростанции Цзиньпин-II включал прокладку ряда туннелей под горами Цзиньпин: четырёх водоводов длиной 16,7 км для подачи воды из водохранилища к генераторам, а также двух транспортных туннелей длиной 17,5 км и одного дренажного туннеля. Узнав о работах в горном массиве Цзиньпин в августе 2008 года, физики из Университета Цинхуа решили, что это будет отличное место для глубокой подземной лаборатории и договорились с гидроэнергетической компанией о выработке лабораторного пространства в середине туннеля.

Официальное соглашение было подписано 8 мая 2009 г., и горные работы немедленно начались. Первая фаза CJPL-I, состоящая из главного зала размером 6,5 × 6,5 × 42 м и подъездного туннеля длиной 55 м (всего 4000 м³ выемки) была завершена к маю 2010 г., полностью строительство завершено 12 июня 2010 г. Официальное открытие лаборатории состоялось 12 декабря 2010 г.

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.

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 . На втором этапе строительства использовались материалы, отобранные с учетом низкой радиоактивности.

Расширение CJPL-II 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.

К западу от CJPL-I, находились два объездных туннеля длиной около 1 км, 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, которые планировалось заблокировать после окончания строительства, были переданы в дар лаборатории для использования в качестве вспомогательных помещений.

При расширении лаборатории была дополнительно проведена выемка 151 000  м³ грунта: несколько соединительных туннелей, четыре больших экспериментальных зала, каждый размером 14×14×130 м и две ямы для защитных резервуаров под полом залов. В китайском эксперименте по обнаружению тёмной материи использовалась цилиндрическая яма диаметром и глубиной 18 м, в которой находился резервуар с жидким азотом, а в эксперименте PandaX — эллиптическая яма для резервуара с водой размером 27×16 м и 14 м глубиной. Залы были завершены к концу 2015 г.; ямы — к маю 2016 г. , и по состоянию на май 2017 года оснащались системами вентиляции и другим необходимым оборудованием. Плановый срок ввода в эксплуатацию определялся как январь 2017 года.

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 в самих залах, и еще 9300 м³ в защитных котлованах, всего 102 600 м³, что чуть больше, чем 95 100 м3 у LNGS.

С учетом служебных помещений за пределами основных залов CJPL имеет 200–300 тыс. м³ полезного объёма против 180 000 м3 у ЛНГС. Общий объем 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.

+Ресурсы CJPL CJPL-I CJPL-II Общий объем 4000 м³ 210 000 + 151 000 м³ Площадь лаборатории 273 м² 7280 м² Объем лаборатории 1800 м³ 102 600 м³ Электроэнергия 70 кВА 1250 (10 000) кВА Вентиляция 2400 м³/час 24 000 м³/час

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; доступная мощность временно ограничена мощностью 5 × 250 кВА понижающих трансформаторов (по одному на каждый экспериментальный зал и пятый на вспомогательные помещения). Также нет недостатка в воде для охлаждения мощного оборудования.

Поток мюонов (и, следовательно, водный эквивалент глубины) CJPL-II в настоящее время измеряется, 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.

Эксперименты 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 . Это не физический эксперимент, а проверка материалов, предназначенных для использования в экспериментах. Он также тестирует материалы, используемые для создания CJPL-II.

В настоящее время для CJPL-II запланированы следующие эксперименты:

более крупная версия CDEX с массой детектора, исчисляемой тоннами; увеличенная версия PandaX с массой детектора, исчисляемой в тоннами; Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), эксперимент по измерению скорости астрофизически важных ядерных реакций в звездах; и возможно, детектор темной материи на основе жидкого аргона.

Также есть предложения по:

Jinping Neutrino Experiment — эксперимент, использующий преимущество расположения CJPL вдали от ядерных реакторов и, таким образом, имеющий самый низкий поток реакторных нейтрино среди всех подземных лабораторий, для проведения точных измерений солнечных и геонейтрино, , CUPID (CUORE Upgrade with Particle Identification), эксперимент по безнейтринному двойному бета-распаду, и направленный детектор темной материи, созданный коллаборацией MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) в качестве дополнения к их детектору, который в настоящее время работает в подземной лаборатории Modane.

Примечания

Ссылки

См. также ГЭС Цзиньпин-II

Внешние ссылки

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

Категория:Подземные низкофоновые лаборатории Категория:Сычуань