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

　　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(dá)到正常工作水位，這標(biāo)志著WCDA探測器全部建成，全陣列投入科學(xué)運(yùn)行。這是LHAASO四種類型的探測器陣列中最早完成的一個陣列。WCDA探測器研制與安裝團(tuán)隊的主要成員來自高能所、中國科學(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(nèi)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(jīng)三個寒暑后，三個水池陸續(xù)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(xué)運(yùn)行；二號水池于2019年11月5日運(yùn)行取數(shù)；三號水池于2020年10月23日開始注水，同時啟動測試運(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，在沒有國標(biāo)可參考的情況下，實現(xiàn)了探測器設(shè)計對避光、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探測器研制與安裝團(tuán)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(wù)，在疫情期間(2020年3月份)就率先抵達(dá)安裝現(xiàn)場，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器的安裝調(diào)試工作，并及時進(jìn)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(zhì)良好的條件下完成，運(yùn)行人員克服了夜里零下20多度的極大困難，保證的原水的穩(wěn)定供給和凈水備制逾3000小時。
 

　　根據(jù)國際前沿發(fā)展動態(tài)，LHAASO項目組在WCDA建設(shè)過程中開展了方案優(yōu)化，在二號和三號水池中采用了我國自主研發(fā)的、具備國際上最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(qiáng)了探測器在50--500 GeV能段的伽馬射線探測能力。WCDA的有效探測面積是國際上最大同類型實驗HAWC的4倍，其靈敏度將6倍優(yōu)于HAWC；得益于采用大面積光電倍增管所實現(xiàn)的低閾能探測能力，WCDA在河內(nèi)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(yīng)體 等具備瞬變特性的高能輻射信號探測等，具備5--10年的國際領(lǐng)先優(yōu)勢，預(yù)期將獲得一系列非常重要的觀測與研究成果。此外，結(jié)合一平方公里陣列(KM2A)，WCDA實現(xiàn)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(jī)制，最終揭開超高能宇宙線起源的謎底，發(fā)揮不可或缺的重要作用。
 

　　LHAASO是我國“十二五”期間立項建設(shè)的國家重大科技基礎(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(yuǎn)鏡陣列(WFCTA)組成。LHAASO將充分發(fā)揮多種探測手段組成的復(fù)合式地面粒子探測器陣列的綜合優(yōu)勢，在高能宇宙線起源、全天區(qū)伽馬源搜索、高能時變現(xiàn)象機(jī)制研究等方面具備世界最強(qiáng)的探測能力。