Jinping (laboratorio)

El Laboratorio Subterráneo Chino de Jinping ( chino trad. 中国锦屏地下实验室, pinyin Zhōngguó Jǐnpíng dìxià shíyànshì ) es un laboratorio subterráneo en las montañas Jinping de la provincia de Sichuan , China. El nivel de rayos cósmicos en el laboratorio no supera los 0,2 muones/(m² día) [3] . El laboratorio está ubicado a una profundidad correspondiente a la capa de agua equivalente a 6720 m [4] :2 y, por lo tanto, es el laboratorio subterráneo más protegido del mundo [5] :17 . La profundidad real del laboratorio es de 2400 m, pero tiene acceso horizontal a través de un túnel, por lo que el equipo puede ser entregado por carretera.

Aunque el mármol en el que se excavan los túneles se considera " roca dura ", a gran profundidad presenta problemas geológicos y de ingeniería más serios [6] [7] :16–27 [8] :16–19 que incluso las rocas ígneas más duras en que por lo general se construyen laboratorios profundos [9] :13–14 . La presión del agua en la roca, que alcanza los 10 MPa (100 atm), también genera inconvenientes. Sin embargo, tiene la ventaja de la protección contra la radiación en el bajo contenido de radionúclidos [10] [11] como 40 K , 226 Ra , 232 Th [5] : 17 y 238 U [12] : 16 . Esto, a su vez, conduce a un bajo nivel de radón ( 222 Rn ) en la atmósfera [13] :5 .

El laboratorio está ubicado en Liangshan , al sur de Sichuan, a unos 500 km al suroeste de Chengdu [5] :3 . El aeropuerto principal más cercano es el aeropuerto de Xichang Qingshan, a una distancia de 120 km [7] :5 .

Historia

El proyecto hidroeléctrico Jinping-II incluyó la construcción de una serie de túneles bajo las montañas Jinping : cuatro conductos de agua de 16,7 km de largo para suministrar agua desde el embalse a los generadores [6] :30 , así como dos túneles de transporte de 17,5 km de largo [7 ] :1 y un túnel de drenaje. Al enterarse del trabajo en la Cordillera de Jinping en agosto de 2008 [14] [15] , los físicos de la Universidad de Tsinghua decidieron que sería una excelente ubicación para un laboratorio subterráneo profundo [16] y acordaron con una empresa hidroeléctrica desarrollar un laboratorio . espacio en medio del túnel.

El acuerdo formal se firmó el 8 de mayo de 2009 [14] y la minería comenzó de inmediato [7] :29 . La primera fase de CJPL-I , que consta de una sala principal de 6,5 x 6,5 x 42 m [17] :8 y un túnel de acceso de 55 m de largo (un total de 4000 m³ de excavación) [7] :15 , se completó en mayo de 2010. , totalmente terminado el 12 de junio de 2010 [18] :7 La inauguración oficial del laboratorio tuvo lugar el 12 de diciembre de 2010 [7] :37

El laboratorio está al sur del más meridional de los siete túneles paralelos de la central hidroeléctrica Jinping II , el túnel de transporte A.

La ventilación de aire en CJPL-I fue inicialmente inadecuada, lo que provocó la acumulación de polvo en el equipo y gas radón en el aire, pero posteriormente se proporcionó ventilación adicional [19] :239 .

Un problema más difícil es que las paredes de CJPL-I fueron revestidas con hormigón convencional tomado de un suministro de una planta hidroeléctrica. El hormigón tiene una radiactividad natural superior a la deseable para un laboratorio de fondo bajo [19] :238 . En la segunda etapa de construcción, se utilizaron materiales que se seleccionaron teniendo en cuenta la baja radiactividad [20] :30–37 .

Extensión CJPL-II

Posteriormente, el laboratorio se expandió significativamente (en 50 veces). Los planes de expansión fueron aprobados antes de que los trabajadores y equipos abandonaran los túneles luego de la finalización de la planta hidroeléctrica en 2014 [21] :20 .

Al oeste de CJPL-I, había dos túneles de derivación, de aproximadamente 1 km de largo [21] :20 , construidos como parte de la construcción de los siete túneles principales del proyecto hidroeléctrico. Se trata de túneles de cruce inclinado que conectan los puntos medios de cinco conductos (cuatro principales y uno de drenaje) con túneles de transporte que discurren paralelos y ligeramente por encima de ellos. Estos túneles, con un volumen total de 210.000 m³ [22] :4 , que se planificó bloquear después de que se completara la construcción [21] :20 , fueron donados al laboratorio para su uso como instalaciones auxiliares [23] :5 .

Durante la ampliación del laboratorio, se llevó a cabo una excavación adicional de 151 000 m³ de suelo [24] :4 : varios túneles de conexión, cuatro grandes salas experimentales, cada una de 14 × 14 × 130 m [22] :6 [8] : 12 [13] :15 [ 21] :22 [19] :239–240 y dos pozos para tanques protectores bajo el piso de los pasillos [25] :20–21 [21] :24,27 . El experimento chino para detectar materia oscura utilizó un pozo cilíndrico de 18 m de diámetro y profundidad [a] que contenía un reservorio de nitrógeno líquido , mientras que el experimento PandaX utilizó un pozo elíptico [b] para un reservorio de agua de 27×16 m y 14 m de profundidad [19] :239–240,245 . Los pasillos se completaron a finales de 2015 [25] :17 ; pozos: en mayo de 2016 [21] :24 y en mayo de 2017 estaban equipados con sistemas de ventilación [21] :24-25 y otros equipos necesarios. La fecha prevista de puesta en servicio se definió como enero de 2017 [13] :20 .

Actualmente es el laboratorio subterráneo más grande del mundo, superando al anterior poseedor del récord, el Laboratorio Nacional Gran Sasso (LNGS), propiedad de Italia. Aunque la mayor profundidad y la roca más débil hacen que las salas sean más estrechas que las salas principales de LNGS de 20 m, su longitud total es de 520 m, lo que proporciona más superficie (7280 frente a 6000 m²) que las tres salas de LNGS que suman 300 m.

Las salas CJPL también tienen un volumen mayor que las salas LNGS. CJPL dispone de 93.300 m3 [4] [c] en las propias salas, y otros 9.300 m3 en fosos de contención, para un total de 102.600 m3, algo más que los 95.100 m3 de LNGS. [d]

Incluyendo el espacio de oficinas fuera de las salas principales, CJPL tiene 200–300 mil m³ de volumen utilizable [25] :18 [21] :22 [19] :239 versus 180 000 m3 para LGN. El volumen total de 361 000 m3 sugiere que el CJPL tiene el doble de tamaño, pero esto es engañoso: todas las instalaciones de LNGS se diseñaron como un laboratorio y, por lo tanto, se pueden usar de manera más eficiente que los túneles CJPL reutilizados.

Debido a la ubicación del laboratorio en el territorio de una gran central hidroeléctrica, la electricidad adicional está fácilmente disponible. CJPL-II está equipado con dos cables de alimentación redundantes de 10 kV, 10 MVA; [22] :15 [25] :21 la potencia disponible se limita temporalmente a 5 transformadores reductores de 250 kVA (uno para cada sala experimental y un quinto para las salas auxiliares) [22] :15 . Tampoco falta agua [22] :14 para enfriar equipos potentes.

El flujo de muones (y, por lo tanto, el equivalente de la profundidad del agua) de CJPL-II se mide actualmente en [21] :25 y puede diferir ligeramente de CJPL-I, pero sin duda seguirá siendo más bajo que SNOLAB en Canadá y, por lo tanto, CJPL mantendrá el récord como el laboratorio más profundo del mundo.

Experimentos

Los siguientes experimentos están actualmente en marcha en CJPL:

• Experimento de materia oscura de China (CDEX), un detector de materia oscura de germanio , y
• PandaX , un detector de partículas y xenón astrofísico para la materia oscura (y la doble desintegración beta sin neutrones )

El laboratorio también opera una instalación de fondo bajo que utiliza un detector de germanio de alta pureza para medir niveles muy bajos de radiactividad [2] [17] :7 . Este no es un experimento físico, sino una prueba de materiales destinados a su uso en experimentos. También está probando los materiales utilizados para crear el CJPL-II [22] :27-32 .

Los siguientes experimentos están planeados actualmente para CJPL-II: [13] :24–29 [25] :23

• una versión más grande del CDEX con un detector de masa en toneladas; [8] :23 [13] :25 [25] :23 [21] :27
• una versión ampliada de PandaX con un detector de masa en toneladas; [8] :25 [13] :26 [25] :23
• Astrofísica nuclear subterránea de Jinping (JUNA), un experimento para medir la tasa de reacciones nucleares astrofísicamente importantes en las estrellas; [26] [13] :27 y
• posiblemente un detector de materia oscura basado en argón líquido . [13] :28 [25] :23 [21] :26

También hay sugerencias para:

• Experimento de neutrinos de Jinping [27] [25] :23 : un experimento que aprovecha la ubicación de CJPL lejos de los reactores nucleares y, por lo tanto, tiene el flujo de neutrinos del reactor más bajo de cualquier laboratorio subterráneo, [24] :6 para realizar mediciones precisas de la energía solar y geoneutrinos , [28] [13] :29 ,
• CUPID ( Actualización de CUORE con identificación de partículas), un experimento sobre la desintegración beta doble sin neutrinos, [21] :26 y
• un detector direccional de materia oscura construido por la colaboración MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) [25] como complemento de su detector que actualmente funciona en el laboratorio subterráneo de Modane [29] .

Notas

1. ↑ Las dimensiones previstas inicialmente eran 16 m.
2. ↑ No está del todo claro si el foso es elíptico (con un área de 27×16× π /4 = 339.3 m2 ) o un óvalo en forma de estadio (con un área de 11×16 + 16 2 × π / 4 = 377,1 m2 ). La diferencia es un volumen de 4750 m3 vs. 5279 m3 .
3. ↑ Los dibujos de las secciones transversales de los pasillos de CJPL son inconsistentes [17] :13 . Un techo abovedado de 14 m de ancho con 4,08 m de sagitta abarca un ángulo de 121°; el ángulo más pequeño de 114° que se muestra implicaría un radio más grande y una sagitta más pequeña de 3,8 m. Estos conducen a áreas transversales de 179.434 y 180.275 m 2 , respectivamente, y volúmenes de laboratorio de 93 306 y 93 743 m 2 , respectivamente.
4. ↑ Se supone que las salas principales de LNGS tienen 20 m de ancho, con un techo hemisférico que alcanza un máximo de 18 m. Por tanto, el área de la sección transversal es 20×(8+10× π /4) = 317,08 m².

Enlaces

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Véase también

• HPP Jinping-II

Enlaces externos

• Página de inicio de CJPL (Universidad de Tsinghua)
• Página de inicio del experimento Jinping Neutrino (Universidad de Tsinghua)
• Página de CJPL en GitHub
• Simposio sobre futuras aplicaciones de detectores de germanio en investigación básica en Beijing, con numerosas presentaciones de CJPL
• Reunión de la ciudad dedicada a la 2ª fase del desarrollo del laboratorio subterráneo en Jinping en China (8 de septiembre de 2013) en la 13ª Conferencia Internacional sobre Física Astronómica y Física Subterránea
• Presentaciones de la conferencia CJPL 2015 Archivado el 8 de diciembre de 2015 en Wayback Machine .