这些企业为江门中微子实验工程立下汗马功劳

滚动播报
Jan 21

(来源:新华日报)

□ 本报记者 张 宣

1月18日,江门中微子实验(JUNO)工程建设总结会在广东江门项目现场召开。作为国际上首个建成并投入运行的新一代超大规模、超高精度中微子实验装置,这座深藏地下700米的“宇宙探秘神器”宣告建设收官,开启探索宇宙深奥规律的新征程。

会上,83座晶莹剔透的有机玻璃奖杯格外引人注目,它们分别颁发给为项目作出卓越和突出贡献的全国科技企业。而这些奖杯的特殊之处在于和中微子实验装置核心载体有机玻璃球材质一致,都由江苏汤臣新材料科技有限公司制作。刚领到卓越贡献奖的汤臣新材料公司董事长汤月生,小心翼翼地将奖杯安放妥当,才接通了记者的电话。“能为国家重器添砖加瓦,这份荣誉比什么都珍贵。”电话那头,他的声音里满是自豪。

很多人好奇,中微子究竟是什么?它被称为宇宙中最古老、最神秘的“幽灵粒子”,质量极小,几乎不与物质相互作用,却藏着宇宙诞生与演化的核心密码。探测这种“隐形使者”,需要一套前所未有的“超级装备”,而江门中微子实验装置就像一座深埋地下的巨型实验室,700米厚的山体如同天然屏障,将干扰信号隔绝在外,创造出近乎“绝对安静”的探测环境。

这座“超级装备”的核心,是一个13层楼高的探测器,其中央是直径35.4米的有机玻璃球,里面装满2万吨液体闪烁体。当极少量中微子与液体原子核反应,会产生微弱闪光,外围4万多只光电倍增管就像无数“眼睛”,将闪光放大数千万倍,转化为电子信号供科学家分析。

“这个有机玻璃球是整个项目的命脉,做不出来,项目就彻底失败了。”汤月生回忆,2017年3月,汤臣新材料签下1.08亿元合同,承担起这个世界最大有机玻璃球的生产组装任务。在此之前,国际上最大的同类球体直径仅12米,35.4米的尺寸意味着制造难度呈几何级增长。

这个“水晶球”由263块12厘米厚的有机玻璃面板无缝拼接而成,总重约600吨,却要像鸡蛋壳般轻薄精准。球心相对理论位置的偏差,在X、Y、Z轴方向都不能超过20毫米,相当于在十几层楼高的球体上,误差不能超过一枚硬币的直径。为了将透光率损失控制在2%以内,避免材料高温黄变,团队光是烘弯成型工艺就研究了一年多。

生产过程的严苛程度超乎想象。空气中的微小尘埃都可能干扰实验,汤臣新材料专门打造了密闭无尘车间和24小时恒温生产线,从原料到成品全程隔绝污染。“项目方在检测有机玻璃面板表面时甚至要求洗下来的水确保没有任何杂质,要求苛刻到近乎‘变态’,但我们咬牙扛住了。”汤月生说。

7年攻坚中,团队突破了无缝拼接、低本底控制等多项技术壁垒,还专门建造智能生产线满足特殊要求。2022年7月,球面板运抵地下700米实验室开始安装。随后,历经8个月灌注,超纯水置换为液体闪烁体,空心“玻璃球”终于变成装满探测介质的“水晶球”。这项技术如今已应用到海洋馆隧道、建筑结构件等领域,公司也借此成为行业领跑者,产品出口到70多个国家。

如果说有机玻璃球是中微子探测的“容器”,那光电倍增管就是捕捉信号的“灵敏眼睛”。北方夜视科技(南京)研究院有限公司总经理孙建宁带着团队,完成了另一项看似不可能的任务:制造1.5万只20英寸高探测效率光电倍增管。

“这东西就像微弱光线的放大器,哪怕一个单光子,经过它都能变成可识别的电信号。”孙建宁解释,中微子反应产生的闪光比萤火还微弱,没有这种“超级眼睛”,信号根本无法捕捉。研发之路布满荆棘。2014年,研发已开展3年后,团队发现探测效率不达标,所有人陷入绝望。“当时觉得之前的努力都白费了,技术路径可能根本行不通。”

绝望过后是重整旗鼓。团队联合中国科学院高能物理研究所专家,日夜钻研文献,反复试验,最终找到工艺理解的偏差,创新出国际前沿的技术路径。“崩溃之后的突破更令人愉悦,那种成就感一辈子难忘。”孙建宁说。团队不仅成功攻克真空环境控制和光电转换放大“两大难关”,还实现了多项技术指标国际领先。

更让人振奋的是,这一突破打破了国际垄断。此前,国内大尺寸光电倍增管市场90%以上被国外占据,价格高昂。北方夜视通过产学研联盟,4年内完成从研制到量产,迫使国外竞争对手降价并改善服务。“我们背靠央企,扛起国家队责任,必须实现全国产化。”孙建宁说。

项目初期,企业投入1.4亿元建设生产线和采购硬件,加上良品率低,一度处于亏损状态。但随着技术成熟,产品不仅供应中微子实验,还进入暗物质探测、医疗、安防等领域,从几种发展到几十种,预计2026年将突破上百种。“现在欧洲、美国的大型科研装置都在关注我们的产品,我们彻底解决了这个领域‘卡脖子’的难题。”孙建宁语气中满是自豪。

“江苏企业为项目立下了汗马功劳。”中国科学院院士、江门中微子实验项目经理王贻芳在总结会上对江苏力量给予高度评价,“没有他们的技术突破和坚守,实验装置根本无法建成。”

如今,江门中微子实验运行两个月就刷新两项中微子振荡参数的世界纪录,取得超越国际同类实验10到20年的数据积累成果。这背后,是汤臣新材料七年磨一剑的坚守,是北方夜视十年攻关的执着,是我省科技企业产学研深度融合的生动实践。

江苏力量正以硬核科技为支点,撬动国家重大科技基础设施建设。未来,这些从“国之重器”中诞生的技术成果,还将在更多领域开花结果,为科技强国建设注入源源不断的动能。

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