曹俊：為做閃爍體容器， 我們翻遍了全國玻璃罐廠家

當提出要建設某個實驗設施的時候，一位優秀的實驗物理學家必須要問自己幾個問題：哪些技術已經滿足了實驗技術？哪些需要自己研發？

“一個好的實驗設施不能全部使用已有的技術，必須要發展自己的關鍵技術。基礎研究只有第一，沒有第二。只有擁有了過硬的實驗技術，才可能做出比別人更好的實驗成果。做大亞灣中微子實驗方案的時候，我們就提出一定要發展有機玻璃罐、液體閃爍體以及光電倍增管等關鍵技術。”中國科學院高能物理研究所副所長曹俊説。

在中微子探測器中，液體閃爍體主要用來捕獲中微子併發光，光電倍增管用來探測光，而有機玻璃罐是液體閃爍體的容器，用它把液體閃爍體和外部的天然放射性物質隔開。

為了提高測量精度，大亞灣中微子實驗團隊創造性地提出使用8個完全相同的中微子探測器，採用遠近比較測量的方法，降低實驗誤差，提高實驗靈敏度。“為了設計出幾乎一模一樣的探測器，我們對有機玻璃罐提出了近乎苛刻的精度要求，要求誤差要控制在5毫米以內。”曹俊説。

用有機玻璃做成的容器，我們在海洋館裏隨處可見，透過它們可以看到游來游去的海洋生物，但這種有機玻璃容器對精度的要求不高。不過，若把製作精度提到如此之高，將會大大增加有機玻璃罐的製作難度，熱彎成形、本體聚合等加工過程都會造成罐體的變形。

“2007年，我們把全國做有機玻璃產品的廠家都翻了一遍，找到了七八家產品做得比較好、研發能力比較強的廠家，但是它們都不敢為我們生產精度要求這麼高的有機玻璃罐。”曹俊説，它們平時為海洋館生產的類似產品，精度要求沒這麼高。

那時候，國內廠家幾乎都沒有數控加工能力，因此他們都無法生產如此高精度的產品。大亞灣中微子實驗最終並沒有使用國內廠家生產的有機玻璃罐，而是由國外的合作者加工再運到大亞灣。

等到建設江門中微子實驗裝置時候，為了儘可能多地捕獲從核電站飛來的中微子，科學家計劃製造直徑為35.4米的空心有機玻璃球。造體積如此大球，且要使其扛住內外液體巨大的壓力差，這樣的製造難度可謂史無前例。

“大亞灣時的經歷，讓我心裏都有陰影了，我覺得這麼大的有機玻璃球我們肯定做不出來。”曹俊坦言，直徑為35.4米的有機玻璃球，全球都沒人做過，當時世界上最大的用於粒子物理的有機玻璃球直徑才12米，而且生產過程中多次出問題，前後花了兩年時間，差點失敗。

“抱着試試看的想法，2013年我們又對國內的有機玻璃生產廠家做了一番調研。令人震驚的是，6年間，國內有機玻璃產業上了一個檔次，我們發現竟然好幾個廠家都具備了數控加工能力，有可能做出這麼大的有機玻璃球。”曹俊笑着説，我們從中選擇了3個廠商進行了為期3年的合作研發。

最終，通過招標，中國科學院高能物理研究所與江蘇湯臣新材料科技有限公司達成了合作協議。

未來，在地下洞室裏現場組裝的國產有機玻璃球將被放置在一個直徑40多米、容積5萬立方米的水池裏，幫助科研人員捕捉從核電站飛來的中微子。