大國重器屢創紀錄

江門中微子實驗(JUNO)成為國際上首個建成的新一代大型中微子實驗裝置。據《江門日報》報道，江門中微子實驗探測器位於地下七百米處，從二○一三年立項到二○二五年建成，JUNO創造了多項世界紀錄：四十一點一米直徑不鏽鋼網殼支撐結構、兩萬隻二十英吋光電倍增管陣列、液閃光衰減長度突破二十米。

為何選址江門？

物理靈敏度分析為實驗選址指明了方向，允許的實驗範圍在距核反應堆五十至五十五公里、寬二百米的區域內。陽江與台山核電站擁有世界第一的有效反應堆群功率，反應堆功率越大，釋放的中微子數目就越多，實驗精度也就越高。江門中微子實驗室所在地距廣東陽江和台山反應堆群約五十三公里，且地質條件也完全符合相關要求。種種優勢疊加，使得江門中微子實驗室成為目前世界上最適合利用核反應堆測量中微子質量順序的地方之一。

要揭開中微子質量順序的神秘面紗，中心探測器的設計以及建造是關鍵所在。從二○一三年立項到二○一五年，經過對探測器性能、成本、建造可能性、風險、壽命等諸多因素的綜合考量，最終確定採用有機玻璃球裝載液閃，用純水做屏蔽液體，用鋼網架結構支撐整個結構。

大科學工程的基建不同於普通的基建，從提出需求到設計再到施工，環環相扣，任何一步出現偏差都可能導致最後的結果不能滿足實驗需求。江門中微子實驗實驗廳為國內最大跨度的深埋地下洞室，該洞室頂部起拱跨度達四十九點五米，相關施工屬於世界級的超常規地下工程。七年的土建建設，因為地下水的原因造成了開挖進程緩慢，中間還有過幾次淹井，遇見的諸多困難。

回顧江門中微子實驗建設過程，著名高能物理學家、中國科學院院士、JUNO合作組發言人王貽芳坦言，“江門中微子實驗是我做過最困難的，也是在一定程度上感覺最無力的實驗。”

攻克一系列難題

在湯臣科技董事長湯月生眼中，打造世界第一大有機玻璃球的想法，多少有些天馬行空。當初聽說高能所要找廠家造一個直徑三十五點四米的有機玻璃球殼，他壓根就不信——因為在當時的認知中這是不可能實現的。但細細分析起來，科學家的“取鬧”卻有理有據。

有機玻璃球作為中微子探測器的重要組成部分，裡面將灌裝兩萬噸的液體閃爍體，周身佈滿光電倍增管，再整個泡在直徑四十三米的圓柱形水池裡。當中微子到達探測器後，激發球殼裡的液體發出閃爍光，光穿過有機玻璃球殼被光電倍增管捕捉，轉變成電信號記錄下來，再進行分析研究。

球體的特殊作用也注定了在有機玻璃性能上也有不平凡的要求——不能添加抗紫外成份，透光度要好，材料要低本底越純淨越好，不能有放射性，當然更不能形變、開裂。為此，湯臣科技開闢生產專線，與高能所通力合作，改進生產工藝和材料成份，其間突破了整圈合縫、透光率、局部退火、低本底等多項技術壁壘，攻克了項目進程中的一系列難題。

打破日技術壟斷

光電倍增管(PMT)是江門中微子實驗最核心的探測器件。二○○八年，高能所提出江門中微子實驗的構想時，所需的兩萬隻高性能二十英吋PMT成為關鍵，相關技術被日本壟斷，價格高昂。二○○九年王貽芳等提出了新型的微通道板PMT方案，經過十一年的探索和聯合攻關，研製成功具有自主知識產權的國際最高光子探測效率的光電倍增管，打破了該領域的國際壟斷，並獲歐盟、美國、日本等的專利授權。二○二○年，一萬五千隻二十英寸國產光電倍增管交貨，相較於國外購買，節省三分之二經費。

誕生“世界之最”的背後，是項目組持之以恆地精心規劃、測試與堅持。自項目實施以來，項目組集智攻關。研製了高強度、高精度、高透光率光電倍增管水下防爆系統；研發高潔淨度、高密封、高效率的液體閃爍體純化系統，獲得了目前國際上衰減長度最長的液閃；採用水下電子學的創新設計，以民用器件實現了航天可靠性；完成四十一點一米直徑的不鏽鋼網架等探測器關鍵部件的設計、研製及批量生產。

“江門中微子實驗是一個邊建邊產出的過程，我們與企業合作實現技術方案，企業和人員都得到鍛煉和提高，大概形成了幾十個發明專利。”王貽芳說。