世界最大的有機(jī)玻璃球落戶江門中微子實(shí)驗(yàn)

　　8月26日，廣東江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO）已成功完成2萬噸液體閃爍體灌注，并正式運(yùn)行取數(shù)。經(jīng)過十余年的準(zhǔn)備和建設(shè)，JUNO成為國際上首個(gè)建成的新一代大型中微子實(shí)驗(yàn)裝置。

　　據(jù)江門中微子實(shí)驗(yàn)發(fā)言人中國科學(xué)院院士王貽芳介紹，江門中微子有機(jī)玻璃探測器是一個(gè)有效質(zhì)量2萬噸的液體閃爍體探測器，在完成液閃灌裝后將承受3000多噸的純浮力作用，其最內(nèi)層的有機(jī)玻璃球，由江蘇湯臣集團(tuán)旗下的湯臣（江蘇）材料科技股份有限公司（以下簡稱“湯臣科技”）承建。

　　這個(gè)堪稱世界之最的有機(jī)玻璃球，直徑達(dá)35.4米。它由263塊厚度為120毫米的烘彎球面板以及上下煙囪，通過無縫拼接技術(shù)組裝而成，有機(jī)玻璃凈重約600噸。

　　多年以來，江蘇湯臣集團(tuán)始終致力于成為全球最具競爭力的亞克力綜合供應(yīng)商。湯臣科技作為集團(tuán)旗下的高新技術(shù)企業(yè)，專注于澆鑄型工業(yè)有機(jī)玻璃（亞克力）板材的研發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造。公司不僅起草制定了1項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)、4項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)和4項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還具備強(qiáng)大的生產(chǎn)研發(fā)能力，年產(chǎn)澆鑄型亞克力板材數(shù)萬噸。其自主研發(fā)的特大特厚板一次成形最大尺寸可達(dá)3.4×11.5m，最大厚度可達(dá)250mm，復(fù)合厚度超過1000mm。公司先后開發(fā)了涵蓋透明板、彩色板、導(dǎo)光板、聲屏板、衛(wèi)浴板等12大系列產(chǎn)品、200余款產(chǎn)品，為行業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用提供全方位的材料和功能性解決方案，廣泛應(yīng)用于廣告、醫(yī)療、軌道交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷中東、東南亞、北歐、西歐、南美洲等70多個(gè)國家和地區(qū)。

　　在參與廣東江門中微子探測實(shí)驗(yàn)裝置建設(shè)項(xiàng)目之前，湯臣科技已在國內(nèi)外重點(diǎn)工程領(lǐng)域留下了諸多輝煌印記。由其通過包埋工藝精心打造的60686根亞克力桿，組成了舉世聞名的上海世博會英國館“種子圣殿”。這些桿的頂部藏著形態(tài)各異的種子，“種子圣殿”宛如植物生命體的活檔案，也標(biāo)志著湯臣科技成功打破國外品牌對全球亞克力高端領(lǐng)域的壟斷。2022年冬奧會期間，湯臣科技作為全球亞克力綜合供應(yīng)商，將亞克力厚板以及亞克力異型戶外景觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加工解決方案應(yīng)用于鳥巢冬奧會的主題景觀中，攜手北京冬奧會向世界展示了中國在亞克力設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用方面的領(lǐng)先水平。目前，湯臣科技通過持續(xù)的技術(shù)改進(jìn)，研發(fā)出性能卓越的航空板，并將工程案例中的雙曲面成型技術(shù)應(yīng)用于e-VTOL輕量化風(fēng)擋視窗解決方案中，助力全球低空經(jīng)濟(jì)的快速成長。

　　湯臣集團(tuán)董事長湯月生回憶，“剛接到江門有機(jī)玻璃球項(xiàng)目時(shí)，我們既滿懷向往、興趣盎然，又深知面臨著巨大挑戰(zhàn)。雖然我們擁有多年研發(fā)、生產(chǎn)有機(jī)玻璃的成功經(jīng)驗(yàn)和眾多案例，但是中微子探測球體用有機(jī)玻璃的材料有特殊要求，必須滿足低本底、高通透性的功能需求。然而，這種特殊材料又具有更硬、更難以加工的特點(diǎn)。球體結(jié)構(gòu)的每一塊球面板在建造過程中不能有任何氣泡，放射性雜質(zhì)要降至最低水平。”

　　這個(gè)直徑35.4米的龐大球體，由23層共計(jì)263塊球面板和上下煙囪構(gòu)成。其殼體采用120mm厚的有機(jī)玻璃材料，猶如雞蛋殼般輕薄，要將透明如蛋殼的“玻璃球”灌注滿液體，使其變成實(shí)心“水晶球”，這一技術(shù)突破堪稱站在極限挑戰(zhàn)的巔峰。

　　在制造過程中，120mm厚的有機(jī)玻璃材料需經(jīng)過高溫?zé)岢尚吞幚恚诖诉^程中要克服長時(shí)間高溫狀態(tài)下材料的黃變特性，將透光率損失控制在2%以內(nèi)。中微子探測器的有機(jī)玻璃球直徑35.4米，設(shè)計(jì)要求實(shí)際球心相對理論球心的允許偏差在X、Y、Z軸方向均控制在±20mm以內(nèi)，這對有機(jī)玻璃的加工制造提出了前所未有的超高要求。除了選用高精度的大型五軸加工中心外，還需對材料在不同工序的加工溫度、烘彎成型精度、節(jié)點(diǎn)包埋點(diǎn)位精度等進(jìn)行全過程精準(zhǔn)控制。

　　為攻克上述難題，公司開辟生產(chǎn)專線，新建高標(biāo)準(zhǔn)車間廠房，購置包括24小時(shí)恒溫車間在內(nèi)的各類智能數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)施，改進(jìn)生產(chǎn)工藝和材料成分。期間，公司突破了無縫拼接、透光率、局部退火、低本底控制等多項(xiàng)技術(shù)壁壘，成功攻克項(xiàng)目進(jìn)程中的一系列難題。其中，球面板的烘彎成型工藝研究就耗時(shí)1年多。

　　2019年7月，有機(jī)玻璃球面板通過批量生產(chǎn)工藝評審。歷經(jīng)約3年時(shí)間，在2022年6月，球面板、節(jié)點(diǎn)及部件通過首批次出廠驗(yàn)收。同年7月，正式進(jìn)入有機(jī)玻璃球體的地下試驗(yàn)室安裝現(xiàn)場，開啟安裝工作。在地下700米的液體灌裝間里，水經(jīng)過層層過濾變成超純水，以每小時(shí)100噸的流量進(jìn)入探測器水池進(jìn)行液體灌注。液體灌注分成兩步進(jìn)行，前2個(gè)月將超純水灌滿中心探測器有機(jī)玻璃球內(nèi)外空間，再用6個(gè)月將有機(jī)玻璃球內(nèi)部的超純水置換為液體閃爍體。液體灌注完成后，探測器里的空心“玻璃球”變成了一只泡在超純水里且裝滿液體閃爍體的“水晶球”。

　　江門中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目常務(wù)副經(jīng)理、中國科學(xué)院高能物理所所長曹俊介紹，與目前國際上獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的加拿大SNO實(shí)驗(yàn)所用的有機(jī)玻璃球相比，江門中微子實(shí)驗(yàn)中心探測器中的液體閃爍體體積增大了20倍，光電子產(chǎn)額增大了3倍，能量分辨率也達(dá)到前所未有的3%。這對有機(jī)玻璃球粘接提出了更高要求，粘接需要采用大體量注料、聚合、退火的本體聚合技術(shù)，粘接縫總長度約2公里，并采用特殊方法對粘接縫進(jìn)行保護(hù)。

　　回顧生產(chǎn)的過程，湯臣科技板材研發(fā)技術(shù)副總經(jīng)理肖建霞感嘆道：“我們針對項(xiàng)目的指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)了數(shù)十種配方，通過上百次的實(shí)驗(yàn)，聯(lián)合第三方檢測機(jī)構(gòu)篩選出9個(gè)配方。經(jīng)過長時(shí)間的測試和研究，最終在中國科學(xué)院、清華大學(xué)、北京大學(xué)、航天航空研究院等知名高校和科研院所專家的指導(dǎo)下，結(jié)合各項(xiàng)測試結(jié)果評審，確定了公司的其中一種配方。”

　　整個(gè)安裝過程同樣超乎想象。負(fù)責(zé)現(xiàn)場安裝的湯臣科技總工程師張高峰說，“從2022年6月開始，我們共組織了上百人的13個(gè)施工批次，動用50多臺車。產(chǎn)品歷經(jīng)1800公里遠(yuǎn)程運(yùn)輸?shù)竭_(dá)現(xiàn)場地面，再通過地下的斜井轉(zhuǎn)移至試驗(yàn)大廳平臺進(jìn)行吊裝。歷經(jīng)30個(gè)月的艱苦奮戰(zhàn)，通過了專家組的評審和驗(yàn)收。經(jīng)過2個(gè)月超純水灌裝過程的壓力考驗(yàn)，于25年2月順利通過灌裝階段專家組的評審和驗(yàn)收，正式進(jìn)入液閃置換階段。”

　　“通過優(yōu)化生產(chǎn)線和工序，我們湯臣科技的中標(biāo)價(jià)僅為國外同行的六分之一。但我們能參與到這項(xiàng)目，為國家科技發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量，感到無比自豪。這不僅是對公司實(shí)力的認(rèn)可，更是讓我們在行業(yè)中實(shí)現(xiàn)了引領(lǐng)性的技術(shù)創(chuàng)新和突破。”湯月生自豪地說。

　　從2015年開啟實(shí)驗(yàn)研發(fā)，到2019年開工制造，再到2022年現(xiàn)場組裝，直至2024年底成功灌裝，他們歷經(jīng)10年不懈努力，勇敢地站在了極限挑戰(zhàn)的巔峰，書寫了屬于自己的輝煌篇章。如今，這一技術(shù)已應(yīng)用到公司承建的其他項(xiàng)目中，如無縫拼接的海洋館隧道、國內(nèi)首例以亞克力作為結(jié)構(gòu)件應(yīng)用在建筑領(lǐng)域中的江蘇園博園未來花園項(xiàng)目等。（張波 鳴馬）

　　轉(zhuǎn)自：中國工業(yè)報(bào)

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