JUNO中的浙力量②丨捕捉“中微子” 浙大团队参与研制巨型“有机玻璃球”

宇宙中广泛存在的中微子是物质世界的基本粒子之一。它如同一位“隐形使者”，难以触摸，却藏着宇宙诞生与演化的奥秘。

探究中微子，离不开大科学装置。位于广东的江门中微子实验（JUNO）是国际上首个建成的新一代超大规模、超高精度的中微子实验装置。它深藏于地下700米，从设想、建设到首个成果产出耗时17年，由中国科学院高能所牵头，背后还凝聚着全国多家单位的协同攻关之力，其中也包括了浙江力量。

1月18日，江门中微子实验工程建设总结会在江门举行。潮新闻走进参与其中的部分浙企和科研院所，深入探寻浙江力量为“国之重器”注入的硬核动能。

有机玻璃中微子探测器赤道柔性支撑结构设计方案图 受访对象 供图

2012年9月，浙江大学特种装备研究所教授陈志平的邮箱里，突然多了一封邮件。

发件人是中国科学院高能物理所江门中微子实验（JUNO）项目副经理衡月昆研究员。邮件核心诉求清晰而艰巨——希望合作开展容积达两万三千立方米的有机玻璃球探测器的方案设计。那时，JUNO尚未正式立项。

十四年后，1月18日，江门中微子实验装置首次建设总结会在广东举行。陈志平作为参与者之一，在现场领回江门中微子实验工程建设突出贡献奖。

在他脚下的700米深处，实验装置如同地下深处一只凝望宇宙的“巨眼”，捕捉着被称为“幽灵粒子”的中微子。

1月18日，陈志平（左五）领取江门中微子实验工程建设突出贡献奖。 记者 倪雁强 摄

捉“阿飘”：先设计个超大“有机玻璃球”

宇宙中的中微子，是构成物质世界的基本粒子之一。它与一般物质发生相互作用的概率极低，能轻松穿透整个地球，因此被科学家称为“幽灵粒子”，也有人戏称它为“阿飘”。

了解它，有望揭开宇宙的奥秘。然而捕捉这样的“阿飘”，就需要建造一个极其灵敏的“陷阱”。江门中微子实验装置，便是这样一个埋藏于地下的精密“陷阱”。而陈志平团队在江门中微子实验项目中，全程参与了其核心设备——35.4米超大直径有机玻璃球探测器的研制。

球体的内部装着2万吨液体闪烁体（简称液闪，是一种特殊液体）。当中微子穿过球体，可以与其中的液闪发生反应，从而可以被人类捕捉。

有机玻璃，也就是人们常说的亚克力，常用来制作展示柜、水族馆、泳池等。此前加拿大SNO实验研制了国际上最大的有机玻璃球形容器、容积为900立方米，JUNO要研制的有机玻璃球比它大25倍，并且要承载3000吨浮力，挑战巨大。

球的厚度多少合适？材料性能如何？结构的承压能力是多少？2012年到2018年六年间，陈志平带领团队从力学、材料、结构等角度，集中完成了大量实验和计算工作，为探测器的后续设计提供了关键支撑。

陈志平记得，当时有多个团队在进行诸多候选方案的探索和设计，他们是其中之一。最初，陈志平团队围绕有机玻璃球提出过“赤道柔性支撑”概念，即在球的“赤道”位置，加一层柔性垫圈，安装上金属杆对球体形成支撑，从而让巨型球体稳稳“立住”。

陈志平在广东参加江门中微子实验工程建设总结会 记者 倪雁强 摄

项目专家论证，这种方式对探测中微子发出的闪烁光来说，均匀性好、对称性好、遮光影响小，理论上可行；但要将它安全地建成于地下实验室中，有机玻璃应力控制非常关键，洞穴施展空间有限，实际建设难度极大，只好选择其他方案。

“这是一场集智攻关的挑战，”陈志平说，最终，项目整合多个方案形成融合方案，“我们的构想也被部分纳入其中。”

巨型有机玻璃球从2012年的构想到最终于2024年建成，用了整整12年。作为压力容器领域专家，陈志平参与了方案设计与论证、技术咨询与研讨等研制过程，也多次受邀参加各阶段评审会议。2024年11月，作为验收专家受邀参与了项目封闭运行前的最后一次现场评审，“在700米的地底下，看到这个巨型球体，真是非常震撼，我们一路见证了它的诞生。”陈志平说。

探极限：寻找“有机玻璃球”的安全边界

设计方案可以画在图纸上，但材料的极限，只能“试”出来。对于这枚巨型有机玻璃球探测器来说，其中一大未知数就是：它究竟能承受多大的外部压力？

为此，陈志平团队决定制作缩比模型，开展极限承压实验。

实验尚未启动，首个难题便横亘眼前：去哪儿找能做实验样品的企业？陈志平带着学生，几乎打遍了网上能检索到的相关厂家电话。对方一听“厚度均匀、内部零缺陷”的苛刻要求，大多直接婉拒。最终，他们在嘉兴找到了一家愿意尝试的工厂。

为确保试样质量，陈志平亲自开车带学生前往工厂沟通。“这类定制实验件工艺要求极高，学生经验尚浅，它关系到整个实验的安全与成败，我必须到现场把关。”陈志平说道。

有机玻璃球模型极限承压实验 受访对象 供图

试样到位后，实验装置很快搭建完成：一台真空泵、一部电脑、一架高速摄像机……为方便观测，有机玻璃球模型被涂上不同颜色。

接下来的日子里，重复而紧张的测试不断上演：真空泵启动，球内空气被抽出，模型逐渐变形……高速摄像机的镜头后，师生们屏息凝神，等待捕捉那决定性的碎裂瞬间。

视频记录：有机玻璃球模型爆裂瞬间 受访对象 提供

“有机玻璃破碎的瞬间非常危险，碎片会四处溅射。但我们又必须用高速摄像机，完整记录下球体破裂的每一帧。”陈志平回忆道，“每次试验后，我们都会逐帧回放，分析模型是从何时开始失效的、具体的失效模式是什么。”

就这样，团队反复测试了二十多个模型，花费一年时间，最终才获取了所需的关键数据。这些数据为巨型有机玻璃球的承压设计提供了科学依据。

2013年10月26日，“中心探测器研讨会”第二次研讨会合影举行，陈志平在第一排左五。受访对象 供图

而这，只是漫长攻关过程中的一环。从2012年开始，陈志平多次前往北京、上海、江苏、广东等地参加江门中微子实验的相关会议。他的电脑里，存有二十多个关于“江门中微子实验”的文件夹。

“基本上每个重要的研制节点或会议，我都会单独归档。”陈志平从中翻出一张2013年的照片，那是他第一次与江门中微子实验团队见面时的合影。“那时我们都还年轻，项目也才刚刚开始。一晃眼，项目都已经开建设总结会了。”

传薪火：将论文写在祖国大地上

“能参与这样探索宇宙前沿的大科学工程里，是一种荣幸。”陈志平说，“尤其是几个学生参与其中，这段经历，对他们的成长来说，是可遇不可求的财富。”

通过参与江门中微子实验装置研制项目，陈志平团队培养出了一名博士研究生，两名硕士研究生。

周凡便是这位博士研究生，2012年到2017年间，她跟在陈志平身边学习，博士研究的主要课题，正是巨型有机玻璃球在液闪中的相关性能研究。

提到这位学生，陈志平语气里满是骄傲，如今的周凡已是中国石油大学（华东）副教授。回想起最初加入项目时的心情，她形容那是一种混合着兴奋与好奇的“奇妙感”。

周凡博士参加国际压力容器会议（ICPVT-14，SHANGHAI，2015)的论文获奖证书，内容也围绕有机玻璃球。受访对象 供图

“我原来的专业方向是面向金属材料，对于有机玻璃，就像走进了一个全新的世界，一切都得从头学起、从头摸索。” 周凡回忆。

但她认为，正是这段经历，如一把细腻的刻刀，悄然重新塑造了自己。“参与其中，不只是教会我动手做实验，或是分析数据，让我懂得了怎么在一个庞大的系统里和不同专业的人协作，怎么去拆解一个看上去无从下手的难题。这些体会很深，也影响了我现在带学生的方式。”

2024年11月19日，有机玻璃球建设质量评审会，也是封洞前最后一次现场评审会，陈志平在第二排左六。受访对象 供图

“通过参与科研项目，将论文写在祖国大地上，这种人才培养模式对工科尤其重要。”陈志平表示，当前浙江大学特种装备研究所的很多工作，就是围绕国家重大工程需求，解决落地难题，这也是人才培养的重要路径之一。

如今，陈志平正带领更多学生，投身于多项重大项目中。科学探索的接力棒，就这样在一代代人的实践中，稳稳交接下去。

责任编辑：邱伊娜