浙江民企，如何成爲國之重器的鑄盾人？

（原標題：浙江民企，如何成爲國之重器的鑄盾人？）

江門中微子實驗使用的2萬多隻20英寸光電倍增管，就如同探測中微子的“眼睛”。浙江民企爲這些“眼睛”打造的有機玻璃保護罩，爲何成爲江門中微子實驗建成和順利運行的關鍵安全保障？近日，記者赴廣東省江門開平市，探訪這個位於地下700米深處，目前世界最大、最靈敏的中微子探測器。

已安裝完成的光電倍增管。記者 王志傑 攝

數萬只“大眼睛”期待守護

江門中微子實驗的地上建築羣仿若白色的珍珠，鑲嵌在青山之中。從一旁的豎井口乘坐罐籠向下，5分鐘左右就能來到地下700米深處的實驗大廳。

走入實驗大廳，首先映入眼簾的是一個直徑35.4米的中空透明有機玻璃球，位於44米深的圓柱形水池中央。

江門中微子實驗項目現場安裝經理、中國科學院高能物理研究所正高級工程師秦中華介紹，這是江門中微子實驗的核心探測設備——中心探測器。

廣東江門中微子實驗探測器主體。記者 王志傑 攝

探測器最外層是直徑41.1米的球狀不鏽鋼網殼，網殼上安裝着2萬多個20英寸光電倍增管和2.5萬個3英寸光電倍增管。這些外形如同大型燈泡一樣的光電倍增管有着金色的玻璃外殼，就像一雙雙明亮的眼睛，凝視着網殼中間的有機玻璃球。有機玻璃球安裝在網殼向中心伸出的支撐杆上，像水晶球一般晶瑩剔透。

秦中華說，有機玻璃球中將灌入2萬噸液體閃爍體，這將成爲世界上體積最大、能量精度最高的液閃探測器。有機玻璃球外側，則會灌注3.5萬噸超純水，用來屏蔽來自實驗室周圍山體的輻射。

進入液閃的中微子，會有極少量與其發生反應，產生一個大約含有幾萬個光子的微弱閃爍。這道肉眼無法看到的微光，將被周圍數萬個光電倍增管捕捉、轉換成電信號，從而獲得研究所需的相關數據。

而光電倍增管就是探測中微子的“眼睛”，它們浸泡在40多米深的超純水中，要承受將近5個大氣壓的壓力。20英寸的光電倍增管直徑超過50釐米，內部爲真空，在水下的高壓環境中有發生內爆的風險。如果沒有保護措施，一旦某個光電倍增管發生內爆，就會在超純水中產生強烈的衝擊波，從而引發連鎖反應，造成周圍的光電管鏈式殉爆。

“江門中微子實驗光電倍增管之間的間距只有2釐米，如果發生內爆，所有光電倍增管都難以倖免。”秦中華說。

如何讓光電倍增管在40多米深的水中安全工作30年，一度成爲整個實驗面臨的工程難點之一。解決的方法，是爲每個光電倍增管裝一個透明保護罩。一旦某個光電倍增管發生爆炸，保護罩可以限制衝擊波的強度和範圍，從而保護其他光電倍增管不受影響。

江門中微子實驗於2013年立項之初，就將光電倍增管防護罩納入關鍵核心技術攻關項目。然而，看似簡單的保護罩，對成品的強度、透光率、收縮率以及加工誤差都有極高的要求，相關研發一直未果。直到2020年6月，浙江華帥特新材料科技有限公司研發的有機玻璃保護罩成功通過驗收，最終拿下這隻江門中微子實驗的“攔路虎”。

位於廣東江門開平市的江門中微子實驗室一角。記者 王志傑 攝

在700米的地下仰望星空

“江門中微子實驗將於明年8月開始正式取數，每天大約能捕捉到47箇中微子產生的閃光。我們第一階段的實驗主要目的是測定中微子的質量順序。第二階段我們還將進行無中微子雙β衰變實驗，回答中微子是否爲自身反粒子這一重大科學問題。”秦中華說，這將使中國在中微子研究領域的國際領先地位得到進一步鞏固。

在全球中微子研究領域，中國、美國、日本三足鼎立。目前，除了中國的江門中微子實驗，還有兩個新一代的中微子實驗正在建設，分別是日本的頂級神岡中微子實驗和美國的深地中微子實驗。從投入運行時間來看，江門中微子實驗將早於日本3年、美國6年。

研究設施越早投入運行，就能越早得出成果，這對於科學家的意義不言而喻。“在理論物理研究上，科學是無國界的。但科研採用的技術是有國界的。”秦中華說。

除了有機玻璃保護罩，江門中微子實驗有更多鮮爲人知的細節。

比如實驗的選址。爲了屏蔽宇宙射線的干擾，實驗裝置需要安裝在700米的地下。中微子實驗選擇江門，是因爲這裡距離廣東陽江和台山兩個核電站都約53公里。核電站的反應堆能爲實驗提供充足的中微子來源，而53公里是測量反應堆中微子質量順序的最佳距離。這就要求科研人員在南方地質條件複雜的山體中挖出一個700多米深的地下實驗室，解決超大跨度硐室圍巖變形控制、富水條件安全高效施工等世界級工程難題。

比如安放液體閃爍體的有機玻璃球。這個玻璃球由263塊12釐米厚的面板粘接而成，重約600噸，是世界最大的單體有機玻璃球。等比換算來看，厚度比雞蛋殼還薄，卻要承擔住內部的液體閃爍體和外部的超純水因密度不同帶來的巨大浮力。

再比如光電倍增管。大尺寸光電倍增管曾被日本一家公司壟斷，最高時要價5000美元一個。2018年，中國科學院高能物理研究所牽頭聯合北方夜視、中國科學院西安光學精密機械研究所等單位攻克技術難題，實現20英寸光電倍增管國產化，打破國外壟斷，並且做到探測效率爲世界最高……

“中微子研究有助於我們破解宇宙的秘密。我們常說，我們是在700米的地下仰望星空。”秦中華說。

光電倍增管最外層，爲華帥特生產的有機玻璃罩。記者 王志傑 攝

截至目前，全球共有四次諾貝爾物理學獎頒發給了與中微子相關的研究。我們期待，江門中微子實驗，那些在地下700米仰望星空的眼睛，能夠在浙江民企研發成果的保護下，早日看到更多宇宙的奧秘。