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微光志——江门地下中微子实验基地建设纪实(31)
      
 
 
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2025 年 9 月 16 日 星期 放大 缩小 默认        

微光志——江门地下中微子实验基地建设纪实(31)

尹继红 著

    瘦瘦小小的胡涛是液闪组的组长。在大亚湾的时候,他就是探测器的骨干成员,也负责液体闪烁体的配方研究。他1965年出生,干完江门中微子这个项目就差不多该退休了。从北京谱仪,到大亚湾中微子,再到江门中微子,这几乎涵盖了他职业生涯的全部岗位,两鬓白发见证着他一辈子的执着追求和荣耀贡献。随着江门中微子液闪配方研究的开始,胡涛也清晰地认识到,这是他从事粒子物理研究最重要的时刻,也是收官时刻的到来。他为自己在退休前能参与这个伟大的工程而深深感恩。

    果然,他们在这次预研实验中有了新的发现:液体闪烁体配方中有一种波长移位剂。以前国际上的实验,有的对光产额要求不高,没有添加;有的加100毫克/升,有的加20毫克/升,大亚湾实验加了15毫克/升。通过在大亚湾进行的置换实验并与理论计算比较,发现对大探测器只要加1毫克就够了,多了不仅浪费,也会使性能下降。

    胡涛得意地说:“就这一个发现,我们做这个实验就值了。”他毫不讳言我们拥有全世界最优的液闪配方。

    胡涛是安徽望江人,口音里带着皖赣地区特有的黄梅戏韵味,温温柔柔,轻声细语的。但液闪组的年轻人还是很怕胡老师,只要他站在自己身边心里就发怵。这或许因为他在工作时特别认真、特别严谨,眼睛里决不允许有一丝瑕疵。更或许因为江门中微子液闪配方的研发、纯化以及灌装设计中,倾注了他太多的心血,他比任何人都期待着这是一次完美的呈现。

    “其实我是一个很中庸的人,我决不会要求大家去做完全不靠谱的事情。但是,如果跳一跳就能摸到,我们为什么不跳呢?”胡涛还是笑着对怵他的组员们说。

    当时,国际上千吨级的液闪探测器有意大利Borexino、日本KamLAND、加拿大SNO+三个实验,他们首次灌装都没有达到设计的低本底要求,后来都重新纯化了液闪。江门中微子探测器液闪的体量比上述探测器的液闪体量大了20倍,重新纯化非常困难,需要一次成功,显然,这比胡涛说的“跳一跳”要艰难千万倍,整个挑战比国际上其他同类实验要大得多。

    按照目前的工业技术,2万吨的液体闪烁体从南京烷基苯厂全程密封出厂时,放射性本底最多可以达到10的负15次方。而要达到10的负17次方,必须要到打石山下的现场进行处理。而这个处理过程,不仅漫长,而且汇集了当今世界最顶尖的液闪纯化设备和专业高手。其中意大利的Paolo和他的团队就是干这个活的大牛人。当然,还包括中国科学院高能物理研究所胡涛、周莉、王志民、俞伯祥、蔡啸、方建等一帮人。因为,利用液闪技术探测中微子,高能所就是世界最强团队,大亚湾就是这么干过来的。当时高能所团队精心研究出的液闪配方在和国外合作组提供的液闪配方的PK中,已经是最优方案了。而这一次,不仅是世界最优的配方,还有世界顶级的纯化。

    大亚湾中微子实验期间,高能所就开始了液闪纯化的专项研究。无论是王贻芳,还是曹俊都极其重视这一课题。因为他们对于接棒大亚湾的江门实验有着越来越多美好的设想和期待。

    王贻芳和曹俊的自信在很大程度上来自两个方面:一是我们自主研发的光电倍增管曙光在前。二是我们能够掌握一整套的液闪纯化技术。

    大亚湾中微子实验的液闪放射性本底可以达到10的负12次方,运到现场后没有再进行纯化了。而江门中微子实验所使用的液闪的放射性本底要求达到10的负17次方,即要求比大亚湾实验的液闪纯度提高10万倍。看到这一要求的时候,方建心里很忐忑,觉得所里领导有点离谱。可后来曹俊说,液闪纯度提高1000倍,就能捕捉反应堆中微子和超新星中微子。液闪纯度提高10万倍,就可以捕捉太阳中微子。方建就和胡涛嘀咕:万一几十年、数百年一遇的超新星爆发了,它所产生的中微子因为我们的液闪纯度不够而没抓住,那我们岂不是千古罪人?

    胡涛说:“干吧,哪怕头发掉光也一定要干到10的负17次方。”

    方建比胡涛小3岁,在液闪组里也属于“大叔”级别的人物了。他和胡涛在北京谱仪项目时,就同在一个工作组里做量能器。后来一起到大亚湾中微子负责液闪,研究液闪配方和放射性纯化的课题,可以说是一起“同煲同捞”20多年了。他喜欢和胡涛一起共事,那是20多年在一起磨合出来的默契。

    从出厂时的10的负15次方干到10的负17次方,打石山下又建起了一间世界最先进的“化工车间”。用液闪组里通用的说法是,他们要将这2万吨烷基苯“滤”一遍,“蒸”一遍,“洗”一遍,再“吹”一遍。用俞伯祥的说法是给它们来一次全套“桑拿服务”:

    先期到达场地的200吨烷基苯在大罐中用氮气密封保存,将通过管道输送至液闪纯化大厅,通过纯化设备进行“清洗”。先要将烷基苯通过填满氧化铝粉末的吸附柱,进行光学纯化。氧化铝的吸附过滤作用强,可以将烷基苯中的光学杂质去除。接下来他们就对烷基苯进行蒸馏纯化,降低其放射性本底。此后的烷基苯成为“溶剂”,将两种粉末状的发光物质倒入其中搅拌,混制配成高浓度的液闪。

    至此,纯化过程仅仅完成了地上的两个步骤,接下来将转入地下。液闪将通过管路输送到地下的纯化装置,地下纯化设备室由意大利提供。液闪到地下700米后,经过水萃取、气体剥离等工序,进一步去除液闪中的铀、钍、钾、镭、氡、氪等放射性元素。随后通过一个缩小1000倍的JUNO探测器测量液闪的放射性纯度。负责这一流程的除中国专家外,还有意大利和德国的专家。

    在打石山下的江门中微子项目现场,露于地面的建筑除了几栋办公楼和宿舍楼外,就是一个硕大的圆柱体罐子。这就是液闪储存罐。罐子里装满了从南京烷基苯厂运过来的烷基苯,是制作洗涤剂的主要原料。而这些烷基苯配成液闪后最终要进到中心探测器的有机玻璃球中,还需要经过四套先进的纯化设备的处理。不同杂质有不同的纯化方式,就需要用不同的设备。

    这四套代表着当今世界最高水平的纯化设备,有两套来自合作组的参与国家——意大利。另外两套设备是由高能所牵头开发研制,同样也是这个项目催生的“中国造”。也就是液闪在进行地面纯化处理时的那两套设备。这两套设备的生产厂家一家在河北,一家在安徽。找到这两家生产厂家也非常不容易,因为之前大家都没有做过这些设备。胡涛跑了好多地方,花费了很多口舌,人家才勉强同意做。然后就是研发攻关、谈判讲价、调试整改……这些年里,组里的几个年轻人几乎大部分时间都在南京的烷基苯厂以及这两家设备厂里待着,和工人们一起吃饭堂、打地铺,指导监督整个生产流程,进行设备调试等。胡涛就在几家厂之间轮着跑,东南西北也不知跑了多少趟。这两套设备的研发生产也花了上千万,而且都是目前国际上独一无二的。液闪组的人都把它们当成自己的孩子,每个人都对它们充满了期待。

    设备生产出来的时候,胡涛就领着大家早早地将设备运到了打石山下的实验大厅。胡涛总觉得一切都应该在现场弄得妥妥帖帖的才放心。胡涛的妻子是保健医生,担心胡涛一把年纪了身体吃不消,每天都要打电话叮嘱他好几遍:别熬夜呀,别老待在井下呀,多喝水呀……胡涛将手机开着免提,嘴里咿咿呀呀地答应着,眼睛只盯着设备上的仪表。

    液闪纯化环节还有一套测试系统主要是由德国团队开发研制的。曹俊说“液闪纯化就是一个经典的国际合作范例。”到2024年底探测器正式灌装前,多国科学家已经一起完成了5次液闪系统联合调试,确保进入灌注阶段后不出现半点瑕疵。反复的调试也让液闪组的士气愈发高涨。每次联合调试完后,都会请刘悦湘给大家一起合张影。后来也不知道谁发现,几次合影下来,大家一次比一次笑得欢。

    2、液闪组里的中年话题

    俞伯祥是浙江诸暨人,今年46岁,也不算年轻人了。但是和胡涛、方建比起来,他毕竟属于下一代。2012年他加盟江门中微子项目起,就受命负责液闪纯化设备的研发。蔡啸的年龄比俞伯祥大一岁,王志民比他俩都小,刚刚四十出头。

    “其实我们都不是年轻人了,我们都是上有老,下有小,肩上扛着事业与家庭两副最重担子的中年人了。”他们这样评价自己:“我们有着许多共同的中年话题。”完了还不忘补充一句:“老爹老娘、老婆儿子、再加上领导,谁都管着我们,我们就只有听话干活……”

    当然组里比他们更年轻的还有很多。他们现在都是硕士生导师,也都带着自己的学生一起做液闪纯化。那些爱幻想爱冲动的大学生才是这个领域朝气蓬勃的未来。他们在学生们面前又常常觉得自己开始老了。

    本书由花城出版社出版,江门区域实体书销售由江门日报社代理联系人:李女士

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