Laboratorio subterráneo de China Jinping

El Laboratorio Subterráneo de China Jinping ( chino :中国锦屏地下实验室; pinyin : Zhōngguó jǐn píng dìxià shíyàn shì ) es un laboratorio subterráneo profundo en las montañas Jinping de Sichuan , China. La tasa de rayos cósmicos en el laboratorio es inferior a 0,2 muones/m ² /día, ^[5] lo que sitúa al laboratorio a una profundidad de 6720 mwe ^[6]^{: 2} y lo convierte en el laboratorio subterráneo mejor protegido del mundo. ^[7]^{: 17} La profundidad real del laboratorio es de 2.400 m (7.900 pies), sin embargo, hay acceso horizontal para que el equipo pueda ser traído en camión.

Aunque el mármol a través del cual se excavan los túneles se considera " roca dura ", a gran profundidad presenta mayores desafíos de ingeniería geotécnica ^[8]^[9]^{: 16–27}^[10]^{: 16–19} que las rocas ígneas aún más duras en que se construyen otros laboratorios profundos. ^[11]^{: 13-14} La presión del agua de 10 MPa (1500 psi; 99 atm) en la roca también es inconveniente. Pero el mármol tiene la ventaja para el blindaje contra la radiación de ser bajo en radionucleidos , ^[12]^[13] como 40 K , ²²⁶ Ra , ²³² Th , ^[7]^{: 17} y ²³⁸ U. ^[14]^{: 16} Esto a su vez conduce a niveles bajos de radón ( ²²² Rn ) en la atmósfera. ^[15]^{: 5}

El laboratorio está en Liangshan , en el sur de Sichuan, a unos 500 kilómetros (310 millas) al suroeste de Chengdu . ^[7]^{: 3} El aeropuerto principal más cercano es el aeropuerto Xichang Qingshan , a 120 km (75 millas) por carretera. ^[9]^{: 5}

Historia

El proyecto de energía hidroeléctrica de la presa Jinping-II implicó la excavación de varios túneles grandes debajo de las montañas Jinping : cuatro grandes túneles de entrada de 16,7 km (10,4 millas) que transportan agua hacia el este, ^[8]^{: 30} dos túneles de acceso para vehículos de 17,5 km (10,9 millas), ^[9]^{: 1} y un túnel de drenaje de agua. Al enterarse de la excavación en agosto de 2008, ^[16]^[17] los físicos de la Universidad de Tsinghua determinaron que sería una excelente ubicación para un laboratorio subterráneo profundo, ^[18] y negociaron con la compañía hidroeléctrica para excavar espacio de laboratorio en medio del túneles.

Se firmó un acuerdo formal el 8 de mayo de 2009 ^[16] y rápidamente se inició la excavación. ^[9]^{: 29} La primera fase CJPL-I , que consta de una sala principal de 6,5 × 6,5 × 42 m (21 × 21 × 138 pies), ^[19]^{: 8} más 55 m (180 pies) de túnel de acceso (4000 m ³ excavaciones totales) ^[9]^{: 15} fueron excavadas en mayo de 2010, ^[20]^{: 7} y la construcción se completó el 12 de junio de 2010. ^[20]^{: 7} Se llevó a cabo una inauguración formal del laboratorio el 12 de diciembre de 2010. ^[9]^{: 37}

El laboratorio está al sur del más meridional de los siete túneles paralelos, el túnel de tráfico A.

La ventilación del aire en CJPL-I fue inicialmente inadecuada, lo que provocó la acumulación de polvo en el equipo y gas radón en el aire hasta que se instaló ventilación adicional. ^[21]^{: 239}

Un problema más difícil es que las paredes de CJPL-I estaban revestidas con hormigón ordinario tomado del suministro del proyecto hidroeléctrico. Este tiene una radiactividad natural superior a la deseable para un laboratorio de bajo nivel de fondo. ^[21]^{: 238} La segunda fase de construcción utiliza materiales seleccionados por su baja radiactividad. ^[22]^{: 30–37}

Ampliación CJPL-II

Actualmente, el laboratorio está experimentando una importante ampliación (quintuplicada). La primera fase se llenó rápidamente y se hicieron planes para una segunda rápidamente, antes de que los trabajadores y el equipo de excavación partieran tras la finalización del proyecto hidroeléctrico en 2014. ^[23]^{: 20}

Ligeramente al oeste de CJPL-I, dos túneles de circunvalación con un total de aproximadamente 1 km (3300 pies) de largo ^[23]^{: 20} quedan de la construcción de los siete túneles del proyecto hidroeléctrico. Se trata de túneles inclinados y transversales que conectan los puntos medios de los cinco túneles de agua (cuatro de aducción y uno de desagüe) con los túneles de carretera situados al lado y ligeramente por encima de ellos. Con un total de 210.000 m ³ (7,4 × 10⁶ pies cúbicos), ^[24]^{: 4} y originalmente destinados a ser bloqueados después de la construcción, ^[23]^{: 20} han sido donados al laboratorio y se utilizarán como instalaciones de apoyo. ^[25]^{: 5}^

La expansión ha agregado 151.000 m ³ (5,3 × 10⁶ pies cúbicos), ^[26]^{: 4} de excavación adicional ^^{[ necesita actualización ]} : algunos túneles de acceso interconectados, cuatro grandes salas experimentales, cada una de 14 × 14 × 130 m (46 × 46 ×427 pies), ^[24]^{: 6}^[10]^{: 12}^[15]^{: 15}^[23]^{: 22}^[21]^{: 239–240} y dos fosos para proteger los tanques debajo de los pisos de los pasillos. ^[27]^{: 20–21}^[23]^{: 24,27} El Experimento de Materia Oscura de China tiene un pozo cilíndrico, de 18 m (59 pies) de profundidad y de diámetro, ^[a] que se llenará con un tanque de nitrógeno líquido , y PandaX Tiene un foso elíptico ^[b] para un tanque de protección de agua, de 27×16 m (89×52 pies) y 14 m (46 pies) de profundidad. ^[21]^{: 239–240,245} Las salas se completaron a finales de 2015, ^[27]^{: 17} , las fosas en mayo de 2016, ^[23]^{: 24} y a partir de mayo de 2017 ^[actualizar]se están instalando sistemas de ventilación ^[23]^{: 24 –25} y otras necesidades. (Esto está un poco por detrás de las expectativas de que estarían listos para su ocupación en enero de 2017. ^[15]^{: 20} )

Cuando esté terminado, será el laboratorio subterráneo más grande del mundo, superando el actual récord del Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Aunque la mayor profundidad y la roca más débil obligan a las salas a ser más estrechas que las salas principales de GNLS de 20 m (66 pies) de ancho, su longitud combinada de 520 m (1710 pies) proporciona más espacio (7.280 vs.6.000 m ² ) que las tres salas de LNGS que suman un total de 300 metros (980 pies).

Las salas de CJPL también albergan más volumen que las de GNL. CJPL tiene93.300 m ³^[6]^[c] en las salas propiamente dichas, y un adicional9.300 m ³ en los fosos de blindaje haciendo un total de102.600 m ³ , algo más que los GNL95.100m3 .^[d]

Incluyendo las áreas de servicio fuera de los pasillos principales, el resultado es200.000–300.000 m ³ de espacio utilizable, ^[27]^{: 18}^[23]^{: 22}^[21]^{: 239} más que el total general de GNL de180.000 m ³ . El volumen total de CJPL de361.000 m ³ sugerirían que CJPL tiene el doble de tamaño, pero eso sería engañoso; Toda la excavación de LNGS fue diseñada para ser un laboratorio y, por lo tanto, puede usarse de manera más eficiente que los túneles reutilizados de CJPL.

Gracias a la ubicación del laboratorio dentro de una importante instalación hidroeléctrica, se puede disponer fácilmente de energía eléctrica adicional. CJPL-II se alimenta mediante dos redundantes de 10 kV,Cables de alimentación de 10 MVA^{; [24]}^{: 15}^[27]^{: 21} la potencia disponible está limitada temporalmente por los transformadores reductores de 5×250 kVA en el laboratorio (uno por sala de experimentos y un quinto para instalaciones). ^[24]^{: 15} Tampoco falta agua ^[24]^{: 14} para enfriar equipos de alta potencia.

Actualmente se está midiendo el flujo de muones en CJPL-II (y, por lo tanto, la profundidad equivalente en agua de) ^[23]^{: 25} y puede diferir ligeramente de CJPL-I, pero ciertamente seguirá siendo más bajo que SNOLAB en Canadá y, por lo tanto, conservará el récord de También es el laboratorio más profundo del mundo.

experimentos

Los experimentos que operan actualmente en CJPL son:

Experimento de Materia Oscura de China (CDEX), un detector de materia oscura de germanio , ^[28]
PandaX , el detector astrofísico de partículas y xenón para materia oscura (y doble desintegración beta sin neutrinos ), ^[7] y
Un prototipo de 1 tonelada del planeado Experimento Jinping de Neutrinos de 100 toneladas, ^[29]^[30]^[27]^{: 23} un experimento que aprovecha la ubicación del CJPL lejos de los reactores nucleares y, por lo tanto, tiene el flujo más bajo de neutrinos de reactor de cualquier subsuelo. laboratorio, ^[26]^{: 6} para realizar mediciones de precisión de solares y geoneutrinos . ^[31]^[15]^{: 29}

También funciona en el laboratorio una instalación de bajo nivel de fondo que utiliza un detector de germanio de alta pureza para medir niveles muy bajos de radiactividad. ^[1]^{: 7}^[19] Este no es un experimento de física en sí, sino que prueba materiales destinados a ser utilizados en los experimentos. También prueba los materiales utilizados para construir CJPL-II. ^[24]^{: 27–32}

Los experimentos actualmente planeados para CJPL-II son: ^[15]^{: 24–29}^[27]^{: 23}

una versión más grande de CDEX a escala de toneladas, ^[10]^{: 23}^[15]^{: 25}^[27]^{: 23}^[23]^{: 27}
una versión más grande, a escala de toneladas, de PandaX, ^[10]^{: 25}^[15]^{: 26}^[27]^{: 23}
Jinping Underground Nuclear Astrophysics (JUNA), un experimento para medir las tasas de reacciones nucleares estelares astrofísicamente importantes , ^[32]^[15]^{: 27} y
un posible detector de materia oscura de argón líquido . ^[15]^{: 28}^[27]^{: 23}^[23]^{: 26}

También existen propuestas para:

CUPID ( Actualización CUORE con identificación de partículas), un experimento de desintegración beta doble sin neutrinos, ^[23]^{: 26} y
un detector direccional de materia oscura de la colaboración MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers), ^[27]^{: 23} como continuación de su detector que actualmente opera en el Laboratorio Subterráneo de Modane . ^[33]

Notas

^ Los planes anteriores eran de 16 m de ancho y profundidad, pero se ampliaron a 18 m.
^ No está del todo claro si el hoyo es elíptico (con un área de 27×16× π /4 =339,3 m ² ) 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 de4750 m ³ vs.5279m3 .
^ Los dibujos de secciones transversales de las salas de CJPL son inconsistentes. ^[19]^{: 13} Un techo abovedado de 14 m de ancho con 4,08 m de sagital abarca un ángulo de 121°; el ángulo más pequeño de 114° mostrado implicaría un radio mayor y una sagitta más pequeña de 3,8 m. Esto da como resultado áreas de sección transversal de 179.434 y 180.275 m ² , respectivamente, y volúmenes de laboratorio de93.306 y93.743 m ² , respectivamente.
^ Se supone que las salas principales de LNGS tienen 20 m de ancho, con un techo semiesférico que alcanza los 18 m. Por tanto, el área de la sección transversal es 20×(8+10× π /4) = 317,08 m ² .

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enlaces externos

Página de inicio de CJPL (Universidad de Tsinghua)
Página de inicio del Experimento Jinping Neutrino (Universidad de Tsinghua)
Página de GitHub de CJPL
Simposio sobre aplicaciones futuras de detectores de germanio en investigación fundamental en Beijing, con múltiples presentaciones del CJPL
Una reunión municipal para el desarrollo de la segunda fase del laboratorio subterráneo de China Jinping (8 de septiembre de 2013) en la 13.ª Conferencia Internacional sobre Temas de Astropartículas y Física Subterránea
Presentaciones de la conferencia CJPL 2015 Archivado el 8 de diciembre de 2015 en Wayback Machine.