宇宙是怎么来的?在广东江门一座仅有约2万人口的小镇——金鸡镇,这个人类永恒追问的命题或将迎来新的突破。
近日,金鸡镇打石山,地下700米,“国之重器”江门中微子实验室正式取数,主要目标之一是测量中微子的质量顺序,这将关乎宇宙演化、地球物理模型、太阳物理等基础科学研究。广东电网公司江门供电局以电压波动不超1伏的电能质量、3000多天全天候的坚守为这一进程奠定坚实能源基础。
打石山下的神秘“幽灵粒子”实验室
草木、褐色土石地面和水洼在镜头里掠过,视野中间3根导线穿过杆塔向前延伸,这是广东电网公司江门开平供电局无人机在金鸡镇打石山巡视的实时画面。开平供电局生产计划部副经理周乐介绍,周边供电线路每季度开展一次无人机巡视,给中微子实验室供电的两条10千伏线路一周巡视一次。
中微子实验室为何选址江门金鸡镇?实验室为何建在如此之深的地底,实验过程如何进行,为什么会对宇宙存在之谜带来新突破?这要从中微子特殊性说起。中微子是构成物质世界的基本粒子,是宇宙中最古老、数量最多的粒子之一,携带着宇宙起源与演化的关键信息,研究它对理解物质世界有重大价值。它质量极小、电中性、穿透力极强,被称为“幽灵粒子”。
目前已知中微子分三种类型,能通过中微子振荡现象互相转换,但质量大小排列顺序尚不明确。诺贝尔物理学奖得主梶田隆章称确定中微子质量顺序是当前粒子物理学最重要的未决问题之一,关乎粒子物理学未来发展方向。
在此情况下,2008年中国科学院高能物理研究所提出中微子实验室建设构想。因核反应堆是地球上最密集的中微子源,且距离反应堆50—55公里时中微子振荡出现极大值,金鸡镇进入科学家视野。它距阳江、台山两座核电站均为53公里,两座核电站总功率世界第一,能提供全球最强反应堆中微子流,可通过精确测量中微子能谱畸变确定其质量顺序。此外,打石山花岗岩地质,抗震能力强,山体可屏蔽99.9%以上宇宙射线,能降低环境对实验的干扰。
捕“捉”一个中微子,需要多少度电?
中微子是最接近无质量的粒子,能在从原子到银河系中自由穿行,每秒通过人体数量超上万亿个,看不见摸不着,基本不与物质反应。研究中微子需先“抓”住它,怎么实现这一目标呢?为一探究竟,记者近日到江门中微子实验室实地探访。
14:49出发,15:02到达,记者乘黄色斜井人车沿1260米长、5.5米高、坡度42°的斜井轨道下行,噪音不断,周围闷热潮湿,途中排水泵房洞室一闪而过,如同来到《哈利·波特》里的古灵阁。
轨道尽头不远处是实验室核心洞室,地面有44米深的“大坑”,坑中有核心实验装置——巨型液体闪烁体探测器“泡”在4万吨低本底超纯水中。探测器主体是世界最大单体有机玻璃球,由263块玻璃板拼接而成,直径35.4米,厚12厘米,外侧有2万只20英寸和2.5万只3英寸光电倍增管,里面灌满2万吨液体闪烁体。
中微子与液体闪烁体作用发光,光电倍增管捕捉光信号转化并放大电信号,实现中微子“捕捉”。记者通过直筒型玻璃瓶直观感受到了液体闪烁体光敏感特殊性:当手电筒灯光打在存水位置和液体闪烁体位置时,分别出现无明显变化以及随灯光前进方向呈现漂亮的蓝色两种状态。江门中微子实验室在中微子液体闪烁体纯度等方面创新,使中微子能量分辨率比同类实验提升近一倍。
实验室正式取数后,平均每天探测50个中微子,日用电量6万千瓦时。实验室通用运维主管赵树东称,光电倍增管等设备都用电,井下排水用电最大,占比60%。“实验室‘捕捉’一个中微子需1200度电。”开平供电局市场营销部副经理王楚雄算了一笔账。
十年护航,全力保障实验室用电需求
当地供电企业3000多个日夜24小时待命,通过供电基础设施建设和数字化赋能为“国之重器”保驾护航。自2015年起,开平供电局组建跨专业服务团队,将电力服务延伸至地下700米实验现场,保障实验室建设进度“零延误”。
江门供电局服务获实验室认可,“工程工期长,金鸡供电所4任所长接续服务,开平供电局支持力度大、考虑周到。”赵树东说道。
为应对可能出现的主线供电中断问题,开平供电局为实验室配备“一供一备”两条供电线路,可秒级切换。备用线路10千伏赤微线建设工期仅58天,还首创配网线路青赔总包干做法,采用“水泥上山”办法克服施工难题。赤微线“专线专用”,只有中微子实验室一个用户。在供备线路电压稳定性方面,220伏电压上下波动不超过1伏,供电可靠性处于江门市第一梯队。线路避雷器相较其他线路加密至少一倍。
在运维管理上,最初建设阶段,金鸡供电所某日半夜接到求助后第一时间赶往现场,为实验室电气设备“义诊”、定制用电检查方案。去年6月,监测到实验室3号排水泵电流波动,党员服务队15分钟内到达处理。开平供电局借助数字手段能及时响应,满足用电需求。
未来三十年,江门中微子实验装置将封闭运行。“实验不可中断,未来会有更多同事守护其安全可靠用电,直至实验结束。”金鸡供电所所长刘文江说。