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  • 陸深地實驗室 裝置再升級

    中時電子報  2019/11/20 04:10

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     大陸首個、全球最深,位於地下2400公尺的四川雅礱江錦屏的「中國錦屏地下實驗室」,日前正式啟動興建「極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施」;未來完工後,將成為「宇宙線通量最小、可用空間最大、綜合條件齊全」的地下實驗室,宇宙線通量小於每年每平方公尺100個。

     大陸「十三五」重大科技基礎設施10個優先啟動項目之一,「極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施」日前動工。北京清華大學工程物理系教授岳騫表示,「本底」為粒子物理、核子物理、輻射防護等領域,對於實驗研究中觀測到、對應於物理研究,希望獲得的真實實體信號外,其他電離輻射干擾信號的一種統稱。

     錦屏實驗室 探測暗物質

     就暗物質直接探測實驗、中微子實驗等前沿物理實驗而言,主要的外部輻射本底來源之一,來自宇宙射線本身,以及宇宙射線轟擊實驗裝置周圍材料,產生的次級放射性核素。北京清華大學工程物理系副教授馬豪指出,「地下實驗室的主要作用是用很厚的岩石覆蓋層來阻擋宇宙射線,進而顯著降低宇宙射線對於前沿物理實驗的本底貢獻。」

     對此,岳騫也進一步分析,這些宇宙射線輻射、放射性核素輻射遭遇嚴密的「遮罩」後,暗物質、中微子等前沿物理實驗即可在地下實驗室,「這些輻射遮罩裝置提供的極低本底環境中開展高靈敏度的實驗研究。」

     岩石層 阻擋輻射線干擾

     北京清華大學與雅礱江流域水電開發有限公司合作,2009年在錦屏山隧道中間位置、地下2400公尺處修建極深地下實驗室;「中國錦屏地下實驗室」2010年底興建完工啟用。2014年雙方簽署協定、共同建設二期工程,將地下可用實驗空間由原來的4000立方公尺,擴建至30萬立方公尺。

     按照預定計畫,「中國錦屏地下實驗室」將配套建設三類遮罩裝置,分別為大型液氮低溫遮罩裝置、大型常溫純淨水遮罩裝置,以及組合式固體輻射遮罩裝置等。岳騫逐一說明:「這些裝置主要是為了進一步降低除宇宙射線之外的實驗室周圍岩石、混凝土、鋼材等建築材料對於物理實驗的本底貢獻。」

     迄今全球正在進行粒子物理、核子物理研究的地下實驗室共10餘個,岩石覆蓋厚度由數百至2000公尺以上不等。國際間一般把岩石覆蓋超過2000公尺的地下實驗室,稱為「深地實驗室」。

     未來數十年科研 添利器

     目前國際間投入粒子物理實驗的兩處深地實驗室,除「中國錦屏地下實驗室」外,就屬加拿大斯諾實驗室。加拿大斯諾地下實驗室岩石覆蓋約2100公尺,「中國錦屏地下實驗室」岩石覆蓋厚度更達到2400公尺,為當今全球岩石覆蓋最厚的地下實驗室。

     岳騫指出,「中國錦屏地下實驗室」不僅擁有世界最厚的岩石覆蓋,且為隧道型地下實驗室,便於將大型實驗設備運至地下實驗室。相較於加拿大斯諾實驗室的豎井型地下實驗室,「中國錦屏地下實驗室」無論在設備運輸、人員進出及安全管理方面均更為便利。

     最深的岩石覆蓋、最大的可用地下空間,再加上配套建設的地下遮罩裝置規模大、種類多,中國錦屏地下實驗室並已針對未來數十年的前沿科學實驗需求,進行遮罩裝置的相關優化配置。未來「極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施」完工,將可提供一個「近零宇宙線本底」的地下輻射量平台。

     小靈通 本底

     又稱背景輻射(英語:background radiation),在環境中持續存在,源自人為排放或自然存在的輻射。主要來源包括來自地球的輻射源,或來自太空,以宇宙線的形式呈現,以及來自大氣層,源自高能宇宙射線轟擊大氣層中的原子產生的放射性元素。(賴廷恆)


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