高海拔宇宙線觀測站水切倫科夫探測器全部建成

　　【儀表網 儀表產業】1月2日，高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)水切倫科夫探測器陣列(WCDA)三號水池注水達到正常工作水位，這標志著WCDA探測器全部建成，全陣列投入科學運行。這是LHAASO四種類型的探測器陣列中早完成的一個陣列。WCDA探測器研制與安裝團隊的主要成員來自高能所、中國科學技術大學、四川大學、山東大學、清華大學和中科院空間中心等單位。
 

　　WCDA是LHAASO探測器陣列的重要組成部分之一，探測器總面積為78000㎡，由兩個150m×150m(1號和2號)和一個300m×110m(3號)水池組成，內有3,120個探測器單元，6240個光敏探頭。主體基建工程于2017年6月22日正式啟動，在歷經三個寒暑后，三個水池陸續完成探測器安裝工作。其中，WCDA一號水池于2019年4月26日安裝完畢，正式啟動科學運行；二號水池于2019年11月5日運行取數；三號水池于2020年10月23日開始注水，同時啟動測試運行，2021年1月2日注水高度達到4.3米的正常工作水位，正式投入運行。
 

　　WCDA水池采用了特有的“薄壁混凝土現澆邊墻+軟基土工膜防滲系統+大跨度輕鋼屋面結構”設計，在沒有國標可參考的情況下，實現了探測器設計對避光、防凍、防銹蝕和水位保持等所提出的超標準指標要求。WCDA探測器研制與安裝團隊在氣候條件極為惡劣的冬季完成了1號、2號水池的安裝任務，在疫情期間(2020年3月份)就率先抵達安裝現場，在高原缺氧、高寒和重濕度等嚴苛工作環境下，于2020年10月底按期完成了全部探測器的安裝調試工作，并及時進入注水階段。三個水池共35萬噸凈水的注水都是在冬季缺水但水質良好的條件下完成，運行人員克服了夜里零下20多度的極大困難，保證的原水的穩定供給和凈水備制逾3000小時。
 

　　根據前沿發展動態，LHAASO項目組在WCDA建設過程中開展了方案優化，在二號和三號水池中采用了我國自主研發的、具備上大靈敏面積的新一代20寸光電倍增管，降低了探測器閾能，大幅增強了探測器在50--500 GeV能段的伽馬射線探測能力。WCDA的有效探測面積是上大同類型實驗HAWC的4倍，其靈敏度將6倍優于HAWC；得益于采用大面積光電倍增管所實現的低閾能探測能力，WCDA在河內與河外甚高能伽馬射線源的探測，包括伽馬暴、快速射電暴、耀變體、引力波電磁對應體 等具備瞬變特性的高能輻射信號探測等，具備5--10年的優勢，預期將獲得一系列非常重要的觀測與研究成果。此外，結合一平方公里陣列(KM2A)，WCDA實現對高能伽馬輻射近4個量級的全覆蓋能譜測量，對深度探索天體的超高能輻射機制，終揭開超高能宇宙線起源的謎底，發揮不可或缺的重要作用。
 

　　LHAASO是我國“十二五”期間立項建設的國家重大科技基礎設施，位于四川省稻城縣海子山，海拔4410米，由1km2 電磁粒子探測器陣列和有效面積42000m2 的繆子探測器陣列(KM2A)、有效面積為78000m2的水切倫科夫光探測器陣列(WCDA)和12臺廣角大氣切倫科夫望遠鏡陣列(WFCTA)組成。LHAASO將充分發揮多種探測手段組成的復合式地面粒子探測器陣列的綜合優勢，在高能宇宙線起源、全天區伽馬源搜索、高能時變現象機制研究等方面具備世界強的探測能力。