高海拔宇宙線觀測(cè)站水切倫科夫探測(cè)器全部建成并投入科學(xué)運(yùn)行

　　2021年1月2日，高海拔宇宙線觀測(cè)站(LHAASO)水切倫科夫探測(cè)器陣列(WCDA)三號(hào)水池注水達(dá)到正常工作水位，標(biāo)志著WCDA探測(cè)器全部建成，全陣列投入科學(xué)運(yùn)行，這是LHAASO四種類型的探測(cè)器陣列中最早完成的一個(gè)陣列。WCDA探測(cè)器研制與安裝團(tuán)隊(duì)的主要成員來(lái)自中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、四川大學(xué)、山東大學(xué)、清華大學(xué)和中科院國(guó)家空間科學(xué)中心。
 

　　WCDA是LHAASO探測(cè)器陣列的重要組成部分之一，探測(cè)器總面積為78000m2，由兩個(gè)150m×150m(一號(hào)和二號(hào))和一個(gè)300m×110m(三號(hào))水池組成，內(nèi)有3,120個(gè)探測(cè)器單元，6240個(gè)光敏探頭。主體基建工程于2017年6月22日正式啟動(dòng)，歷經(jīng)三個(gè)寒暑，三個(gè)水池陸續(xù)完成探測(cè)器安裝工作。其中，WCDA一號(hào)水池于2019年4月26日安裝完畢，正式啟動(dòng)科學(xué)運(yùn)行；二號(hào)水池于2019年11月5日運(yùn)行取數(shù)；三號(hào)水池于2020年10月23日開(kāi)始注水，并啟動(dòng)測(cè)試運(yùn)行，2021年1月2日注水高度達(dá)到4.3米的正常工作水位，正式投入運(yùn)行。
 

　　WCDA水池采用了特有的“薄壁混凝土現(xiàn)澆邊墻+軟基土工膜防滲系統(tǒng)+大跨度輕鋼屋面結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)，在沒(méi)有國(guó)標(biāo)可參考的情況下，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器設(shè)計(jì)對(duì)避光、防凍、防銹蝕和水位保持等所提出的超標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求。WCDA探測(cè)器研制與安裝團(tuán)隊(duì)在氣候條件惡劣的冬季完成了一號(hào)、二號(hào)水池的安裝任務(wù)，在2020年3月份抵達(dá)安裝現(xiàn)場(chǎng)，在高原缺氧、高寒和重濕度等嚴(yán)苛工作環(huán)境下，于2020年10月底按期完成了全部探測(cè)器的安裝調(diào)試工作，并及時(shí)進(jìn)入注水階段。三個(gè)水池共35萬(wàn)噸凈水的注水均在冬季缺水但水質(zhì)良好的條件下完成，運(yùn)行人員克服了夜里零下20多度的惡劣氣候條件，保證原水穩(wěn)定供給和凈水備制逾3000小時(shí)。
 

　　根據(jù)國(guó)際前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，LHAASO項(xiàng)目組在WCDA建設(shè)過(guò)程中開(kāi)展方案優(yōu)化，在二號(hào)和三號(hào)水池中采用了我國(guó)自主研發(fā)的、具備國(guó)際上較大靈敏面積的新一代20英寸光電倍增管，增強(qiáng)了探測(cè)器在50-500GeV能段的伽馬射線探測(cè)能力。WCDA的有效探測(cè)面積和靈敏度分別是目前國(guó)際上最大同類型實(shí)驗(yàn)的4倍和6倍，得益于采用大面積光電倍增管所實(shí)現(xiàn)的低閾能探測(cè)能力，WCDA在銀河系內(nèi)外甚高能伽馬射線源的探測(cè)，包括伽馬暴、快速射電暴、耀變體、引力波電磁對(duì)應(yīng)體等具備瞬變特性的高能輻射信號(hào)探測(cè)，預(yù)期將獲得一系列重要觀測(cè)與研究成果。此外，結(jié)合一平方公里陣列(KM2A)，WCDA實(shí)現(xiàn)對(duì)高能伽馬輻射近4個(gè)量級(jí)的全覆蓋能譜測(cè)量，對(duì)深度探索天體的超高能輻射機(jī)制，最終揭開(kāi)超高能宇宙線起源的謎底發(fā)揮重要作用。
 

　　LHAASO是我國(guó)“十二五”期間立項(xiàng)建設(shè)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，位于四川省稻城縣海子山，海拔4410米，由1km2電磁粒子探測(cè)器陣列和有效面積42000m2的繆子探測(cè)器陣列(KM2A)、有效面積為78000m2的水切倫科夫光探測(cè)器陣列(WCDA)和12臺(tái)廣角大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列(WFCTA)組成。LHAASO將發(fā)揮多種探測(cè)手段組成的復(fù)合式地面粒子探測(cè)器陣列的綜合優(yōu)勢(shì)，在高能宇宙線起源研究、全天區(qū)伽馬源搜索、宇宙線能量范圍覆蓋等方面發(fā)揮重要作用。