高海拔宇宙線觀測站水切倫科夫探測器全部建成運行

　　2021年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）三號水池注水達到正常工作水位，標志著WCDA探測器全部建成，全陣列投入科學運行，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隊的主要成員來自中國科學院高能物理研究所、中國科學技術大學、四川大學、山東大學、清華大學和中科院國家空間科學中心。 

　　WCDA是LHAASO探測器陣列的重要組成部分之一，探測器總面積為78000m²，由兩個150m×150m（一號和二號）和一個300m×110m（三號）水池組成，內有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，歷經三個寒暑，三個水池陸續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，正式啟動科學運行；二號水池于2019年11月5日運行取數；三號水池于2020年10月23日開始注水，并啟動測試運行，2021年1月2日注水高度達到4.3米的正常工作水位，正式投入運行。 

　　WCDA水池采用了特有的“薄壁混凝土現澆邊墻+軟基土工膜防滲系統+大跨度輕鋼屋面結構”設計，在沒有國標可參考的情況下，實現了探測器設計對避光、防凍、防銹蝕和水位保持等所提出的超標準指標要求。WCDA探測器研制與安裝團隊在氣候條件惡劣的冬季完成了一號、二號水池的安裝任務，在2020年3月份抵達安裝現場，在高原缺氧、高寒和重濕度等嚴苛工作環境下，于2020年10月底按期完成了全部探測器的安裝調試工作，并及時進入注水階段。三個水池共35萬噸凈水的注水均在冬季缺水但水質良好的條件下完成，運行人員克服了夜里零下20多度的惡劣氣候條件，保證原水穩定供給和凈水備制逾3000小時。 

　　根據國際前沿發展動態，LHAASO項目組在WCDA建設過程中開展方案優化，在二號和三號水池中采用了我國自主研發的、具備國際上較大靈敏面積的新一代20英寸光電倍增管，增強了探測器在50-500GeV能段的伽馬射線探測能力。WCDA的有效探測面積和靈敏度分別是目前國際上最大同類型實驗的4倍和6倍，得益于采用大面積光電倍增管所實現的低閾能探測能力，WCDA在銀河系內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、引力波電磁對應體等具備瞬變特性的高能輻射信號探測，預期將獲得一系列重要觀測與研究成果。此外，結合一平方公里陣列（KM2A），WCDA實現對高能伽馬輻射近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制，最終揭開超高能宇宙線起源的謎底發揮重要作用。 

　　LHAASO是我國“十二五”期間立項建設的國家重大科技基礎設施，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鏡陣列（WFCTA）組成。LHAASO將發揮多種探測手段組成的復合式地面粒子探測器陣列的綜合優勢，在高能宇宙線起源研究、全天區伽馬源搜索、宇宙線能量范圍覆蓋等方面發揮重要作用。 

　　WCDA探測器陣列的三個水池構筑物鳥瞰圖

　　2020年7月，完成安裝的WCDA三號探測器PMT陣列

圖為WCDA三號探測器核心部件，由我國自主研發

WCDA三號探測器安裝調試工作現場

WCDA全陣列觀測到的一個典型宇宙線空氣簇射事例