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高海拔宇宙线观测站水切伦科夫探测器全部建成并投入科学运行

2021-01-06 高能物理研究所
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  2021年12日,高海拔宇宙线观测站(LHAASO)水切伦科夫探测器阵列(WCDA)三号水池注水达到正常工作水位,标志着WCDA探测器全部建成,全阵列投入科学运行,这是LHAASO四种类型的探测器阵列中最早完成的一个阵列。WCDA探测器研制与安装团队的主要成员来自中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学、四川大学、山东大学、清华大学和中科院国家空间科学中心。 

  WCDALHAASO探测器阵列的重要组成部分之一,探测器总面积为78000m2,由两个150m×150m号和二号)和一个300m×110m号)水池组成,内有3,120个探测器单元,6240个光敏探头。主体基建工程于2017622日正式启动,历经三个寒暑,三个水池陆续完成探测器安装工作。其中,WCDA一号水池于2019426日安装完毕,正式启动科学运行;二号水池于2019115日运行取数;三号水池于20201023日开始注水,并启动测试运行,202112日注水高度达到4.3米的正常工作水位,正式投入运行。 

  WCDA水池采用了特有的薄壁混凝土现浇边墙+软基土工膜防渗系统+大跨度轻钢屋面结构设计,在没有国标可参考的情况下,实现了探测器设计对避光、防冻、防锈蚀和水位保持等所提出的超标准指标要求。WCDA探测器研制与安装团队在气候条件恶劣的冬季完成了号、二号水池的安装任务,在20203月份抵达安装现场,在高原缺氧、高寒和重湿度等严苛工作环境下,于202010月底按期完成了全部探测器的安装调试工作,并及时进入注水阶段。三个水池共35万吨净水的注水均在冬季缺水但水质良好的条件下完成,运行人员克服了夜里零下20多度的恶劣气候条件,保证原水稳定供给和净水备制逾3000小时。 

  根据国际前沿发展动态,LHAASO项目组在WCDA建设过程中开展方案优化,在二号和三号水池中采用了我国自主研发的、具备国际上较大灵敏面积的新一代20英寸光电倍增管,增强了探测器在50-500GeV能段的伽马射线探测能力。WCDA的有效探测面积和灵敏度分别是目前国际上最大同类型实验的4倍和6倍,得益于采用大面积光电倍增管所实现的低阈能探测能力,WCDA在银河系内外甚高能伽马射线源的探测,包括伽马暴、快速射电暴、耀变体、引力波电磁对应体等具备瞬变特性的高能辐射信号探测,预期将获得一系列重要观测与研究成果。此外,结合一平方公里阵列(KM2A),WCDA实现对高能伽马辐射近4个量级的全覆盖能谱测量,对深度探索天体的超高能辐射机制,最终揭开超高能宇宙线起源的谜底发挥重要作用。 

  LHAASO是我国“十二五”期间立项建设的国家重大科技基础设施,位于四川省稻城县海子山,海拔4410米,由1km2电磁粒子探测器阵列和有效面积42000m2的缪子探测器阵列(KM2A)、有效面积为78000m2的水切伦科夫光探测器阵列(WCDA)和12台广角大气切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)组成。LHAASO将发挥多种探测手段组成的复合式地面粒子探测器阵列的综合优势,在高能宇宙线起源研究、全天区伽马源搜索、宇宙线能量范围覆盖等方面发挥重要作用。 

 

  WCDA探测器阵列的三个水池构筑物鸟瞰图

  2020年7月,完成安装的WCDA三号探测器PMT阵列

图为WCDA三号探测器核心部件,由我国自主研发

WCDA三号探测器安装调试工作现场

WCDA全阵列观测到的一个典型宇宙线空气簇射事例

打印 责任编辑:阎芳

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