世界最大的有機玻璃球落戶江門中微子實驗

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

　　據(jù)江門中微子實驗發(fā)言人中國科學院院士王貽芳介紹，江門中微子有機玻璃探測器是一個有效質(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)層的有機玻璃球，由江蘇湯臣集團旗下的湯臣（江蘇）材料科技股份有限公司（以下簡稱“湯臣科技”）承建。

　　這個堪稱世界之最的有機玻璃球，直徑達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，有機玻璃凈重約600噸。

　　多年以來，江蘇湯臣集團始終致力于成為全球最具競爭力的亞克力綜合供應(yīng)商。湯臣科技作為集團旗下的高新技術(shù)企業(yè)，專注于澆鑄型工業(yè)有機玻璃（亞克力）板材的研發(fā)設(shè)計與生產(chǎn)制造。公司不僅起草制定了1項國際標準、4項國家標準和4項行業(yè)標準，還具備強大的生產(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3.4×11.5m，最大厚度可達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)品遠銷中東、東南亞、北歐、西歐、南美洲等70多個國家和地區(qū)。

　　在參與廣東江門中微子探測實驗裝置建設(shè)項目之前，湯臣科技已在國內(nèi)外重點工程領(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、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，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輕量化風擋視窗解決方案中，助力全球低空經(jīng)濟的快速成長。

　　湯臣集團董事長湯月生回憶，“剛接到江門有機玻璃球項目時，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)有機玻璃的成功經(jīng)驗和眾多案例，但是中微子探測球體用有機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。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?！?/p>

　　這個直徑35.4米的龐大球體，由23層共計263塊球面板和上下煙囪構(gòu)成。其殼體采用120mm厚的有機玻璃材料，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厚的有機玻璃材料需經(jīng)過高溫熱成型處理，在此過程中要克服長時間高溫狀態(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玻璃球直徑35.4米，設(shè)計要求實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)點包埋點位精度等進行全過程精準控制。

　　為攻克上述難題，公司開辟生產(chǎn)專線，新建高標準車間廠房，購置包括24小時恒溫車間在內(nèi)的各類智能數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)施，改進生產(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、低本底控制等多項技術(shù)壁壘，成功攻克項目進程中的一系列難題。其中，球面板的烘彎成型工藝研究就耗時1年多。

　　2019年7月，有機玻璃球面板通過批量生產(chǎn)工藝評審。歷經(jīng)約3年時間，在2022年6月，球面板、節(jié)點及部件通過首批次出廠驗收。同年7月，正式進入有機玻璃球體的地下試驗室安裝現(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100噸的流量進入探測器水池進行液體灌注。液體灌注分成兩步進行，前2個月將超純水灌滿中心探測器有機玻璃球內(nèi)外空間，再用6個月將有機玻璃球內(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”。

　　江門中微子實驗項目常務(wù)副經(jīng)理、中國科學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的加拿大SNO實驗所用的有機玻璃球相比，江門中微子實驗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，能量分辨率也達到前所未有的3%。這對有機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行保護。

　　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：“我們針對項目的指標要求，設(shè)計了數(shù)十種配方，通過上百次的實驗，聯(lián)合第三方檢測機構(gòu)篩選出9個配方。經(jīng)過長時間的測試和研究，最終在中國科學院、清華大學、北京大學、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)合各項測試結(jié)果評審，確定了公司的其中一種配方。”

　　整個安裝過程同樣超乎想象。負責現(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個施工批次，動用50多臺車。產(chǎn)品歷經(jīng)1800公里遠程運輸?shù)竭_現(xiàn)場地面，再通過地下的斜井轉(zhuǎn)移至試驗大廳平臺進行吊裝。歷經(jīng)30個月的艱苦奮戰(zhàn)，通過了專家組的評審和驗收。經(jīng)過2個月超純水灌裝過程的壓力考驗，于25年2月順利通過灌裝階段專家組的評審和驗收，正式進入液閃置換階段。”

　　“通過優(yōu)化生產(chǎn)線和工序，我們湯臣科技的中標價僅為國外同行的六分之一。但我們能參與到這項目，為國家科技發(fā)展貢獻一份力量，感到無比自豪。這不僅是對公司實力的認可，更是讓我們在行業(yè)中實現(xiàn)了引領(lǐng)性的技術(shù)創(chuàng)新和突破?！睖律院赖卣f。

　　從2015年開啟實驗研發(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目等。（張波 鳴馬）

　　轉(zhuǎn)自：中國工業(yè)報

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