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占据世界领先地位 中国高海拔宇宙线观测站水切伦科夫探测器阵列全部建成运行

2021-01-06 14:57:27来源:中国新闻网

记者6日从中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)获悉,该所建于四川稻城的国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站(LHAASO,中文昵称“拉索”)的水切伦科夫探测器,已于2021年1月初全部建成并投入科学运行。

中科院高能所大装置管理中心介绍说,新年元旦假期,LHAASO的水切伦科夫探测器阵列(WCDA)3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。这也是LHAASO四种类型的探测器阵列中最早完成的一个阵列。

WCDA是LHAASO探测器阵列的重要组成部分之一,探测器总面积为7.8万平方米,由两个150米×150米(1号和2号)和一个300米×110米(3号)水池组成,内有3120个探测器单元、6240个光敏探头。WCDA主体基建工程于2017年6月正式启动,3个水池历经3年多建设陆续完成探测器安装工作:1号水池2019年4月启动科学运行;2号水池2019年11月运行取数;3号水池2020年10月开始注水并启动测试运行,2021年1月2日注水高度达到4.3米,正式投入运行。

这3个水池共35万吨净水的注水都是在冬季缺水但水质良好的条件下完成,运行人员克服夜间摄氏零下20多度的极大困难,保证原水稳定供给和净水备制逾3000小时。WCDA探测器研制与安装团队主要成员来自中科院高能所、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等单位,他们在高原缺氧、高寒和重湿度等严苛工作环境下完成。

中科院高能所表示,根据国际前沿发展动态,LHAASO项目组在WCDA建设过程中通过方案优化,在2号和3号水池中采用中国自主研发的、具备国际上最大灵敏面积的新一代20吋光电倍增管,大幅增强探测器在50--500GeV(1GeV=10的9次方电子伏特)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。

同时,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,预期将获得一系列非常重要的观测与研究成果。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,将发挥不可或缺的重要作用。

LHAASO位于四川稻城海子山,海拔4410米,由电磁粒子探测器阵列、缪子探测器阵列、水切伦科夫探测器阵列和广角大气切伦科夫望远镜阵列组成。LHAASO将充分发挥多种探测手段组成的复合式宇宙线探测器阵列的综合优势,在高能宇宙线起源、全天区伽马源搜索、最宽广的宇宙线能量覆盖范围等方面占据世界领先地位。(记者 孙自法)

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