Войти
Подземный исследовательский центр Сэнфорда (SURF), или Сэнфордская лаборатория, является подземной лабораторией в Лид, Южная Дакота. Это самая глубокая подземная лаборатория в Соединенных Штатах, в которой проводятся многочисленные эксперименты в таких областях, как темная материя и нейтрино, исследования физики, биологии, геологии и инженерии. В настоящее время на объекте размещено 28 активных исследовательских проектов, 24 из которых включают профессоров, студентов и аспирантов из университетов Южной Дакоты.
Sanford Lab находится в ведении Управления науки и технологий Южной Дакоты (SDSTA). Заявленная миссия SDSTA - «продвигать убедительные подземные, междисциплинарные исследования в безопасной рабочей среде, а также вдохновлять и обучать с помощью науки, технологий и инженерии». Операции SURF финансируются США. Министерство энергетики через Национальную ускорительную лабораторию Ферми и через щедрое пожертвование (70 миллионов долларов) от T. Денни Сэнфорд. Штат Южная Дакота также вложил в проект почти 70 миллионов долларов.
Глубина, стабильность горных пород и история лаборатории Sanford Lab делают ее идеальной для чувствительных физических экспериментов, которым необходимо избежать высокоэнергетического космического излучения от солнца. Кроме того, комплекс используется для исследователей, изучающих геологию, биологию и инженерию.
Список экспериментов
Эксперименты в стадии разработки:
DUNE, LBNF / проводится в Fermilab: ученые с экспериментом Deep Underground Neutrino (DUNE)) надеются произвести революцию в нашем понимании роли нейтрино в создании Вселенной. Используя установку нейтрино с длинной базой (LBNF), они будут стрелять пучком нейтрино из Фермилаба в Батавии, штат Иллинойс, на расстояние 800 миль через землю к детекторам глубоко под землей в лаборатории Сэнфорда в Лиде, Южная Дакота.
LUX-Zeplin: LUX-ZEPLIN (LZ) - это детектор темной материи следующего поколения, который заменит эксперимент LUX глубоко под землей в Sanford Lab. Эксперимент продолжит поиск WIMP (слабовзаимодействующие массивные частицы) с использованием детектора, который в 30 раз больше и в 100 раз более чувствителен, чем LUX.
Активные эксперименты:
EGS Collab : Совместный проект по усовершенствованным геотермальным системам (EGS) - это сотрудничество восьми национальных лабораторий и шести университетов, которые работают над улучшением геотермальных технологий. EGS проводит полевые эксперименты, чтобы лучше понять и смоделировать трещиноватость горных пород и другие элементы геотермальной энергии.
CASPAR: в рамках сотрудничества компактной ускорительной системы для выполнения астрофизических исследований (CASPAR) используется низкоэнергетический ускоритель, чтобы лучше понять, как устроены элементы.
Majorana Demonstrator : Majorana Demonstrator использует 40 килограммов чистых кристаллов германия, заключенных в модули криостата глубокой заморозки, чтобы ответить на один из самых ответных вопросов, производимых во Вселенной, и с какой скоростью и сколько энергии вырабатывается во время процесса. сложные и важные вопросы физики: являются ли нейтрино собственными античастицами? Если ответ положительный, то потребуется переписать Стандартную модель частиц и взаимодействий, наше базовое понимание физического мира.
GEOXTM: GEOXTM надеется создать самую большую в мире и глубочайшую сеть подземных оптоволоконных напряжений. датчики температуры и наклономеры для измерения движения горных пород в подземной лаборатории.
Прозрачная Земля: В рамках проекта разрабатывается глубокая сейсмическая обсерватория для научных исследований, разработки сенсорных технологий и обеспечения безопасности в лаборатории Сэнфорда.
Предыдущие эксперименты:
ЛЮКС: В мае 2016 г. Большой подземный ксеноновый эксперимент (LUX) завершил эксперимент. Хотя он не обнаруживал темную материю, он был объявлен самым чувствительным детектором темной материи в мире.
kISMET: KISMET (управление проницаемостью (k) и индуцированной сейсмичностью для энергетических технологий) пробурил и пробурил пять 50-метровых скважин, чтобы узнать больше о структуре горных пород. Эксперимент был предшественником EGS Collab.
DUGL: В течение нескольких лет Глубокая подземная гравитационная лаборатория использовала 20 сейсмометров, стратегически размещенных на поверхности и на нескольких уровнях Сэнфордской лаборатории от 300 до 485 уровней. Размещенные в сетке сейсмометры отслеживали движение грунта, давая исследователям трехмерную сейсмическую картину, которая использовалась для разработки будущих детекторов гравитационных волн. DUGL, который был выведен из эксплуатации в 2017 году, был проектом, связанным с гравитационно-волновой обсерваторией с лазерным интерферометром (LIGO ).
Эксперимент с солнечным нейтрино (эксперимент Дэвиса / эксперимент на домашнем рынке ) : Рэймонд Дэвис-младший., Пионер в исследованиях нейтрино, построил детектор солнечных нейтрино глубоко под землей в Сэнфордской лаборатории. Когда он обнаружил только треть того, что было предсказано, он непреднамеренно создал то, что стало называться «проблемой солнечных нейтрино». Другие эксперименты - Нейтринная обсерватория Садбери в Канаде и Супер Камиоканде в Японии - подтвердили работу Дэвиса, что принесло ему одну треть Нобелевской премии по физике 2001 года.
Программа обучения и разъяснительной работы - это совместное предприятие Sanford Lab и Государственного университета Блэк-Хиллз (BHSU). Программа предоставляет ресурсы для региональных преподавателей, включая 9 ассемблерных программ, 13 учебных модулей и 12 полевых поездок, чтобы продвинуть STEM-образование.
Sanford Lab также проводит общественные информационные мероприятия, в том числе серию Deep Talks Science for Every и общегородской фестиваль науки Neutrino Day, который ежегодно собирает 1500 человек. Хотя общественные экскурсии по объекту недоступны, в 2015 году Sanford Lab построила Центр для посетителей Sanford Lab Homestake . Из этого центра для посетителей открывается вид на гребень разреза Open Cut глубиной 1000 футов. Он способствует тому, чтобы общественность оценила богатую историю добычи Lead и познакомилась с научными достижениями Sanford Lab.
Созданный весной 2014 года Научно-образовательный центр Сэнфорда (SSEC) является партнерством подземного исследовательского центра Сэнфорда, государственного университета Блэк-Хиллз и Центра для посетителей Sanford Lab Homestake. SSEC стремится к развитию и продвижению богатого инновационного опыта обучения и подготовке нового поколения ученых, инженеров, математиков и преподавателей. SSEC оказывает поддержку образовательным и информационным программам Sanford Lab, подземному кампусу BHSU и туристическому центру Sanford Lab Homestake.
SURF расположен в бывшем Homestake Gold Mine и охватывает 223 акра на поверхности и 7700 акров под землей. Наземная собственность включает в себя как кампус Йейтса, так и кампус Росс, названные соответственно в честь шахт Йейтса и Росс, которые обеспечивают доступ к подземным областям. Собственность была передана в дар SDSTA материнской компанией Homestake, Barrick Gold, для использования в качестве специализированного исследовательского центра в 2006 году.
Homestake проложил более 370 миль подземных стволов, штреков и пандусов, а в настоящее время Sanford Lab. поддерживает около 12 миль для научной деятельности. Основной уровень для науки - это уровень 4850, на который можно попасть через шахты Йейтса и Росса. На высоте 1490 метров SURF является самой глубокой подземной лабораторией в США. Для экспериментов на уровне 4850 средняя покрывающая порода составляет примерно 4300 метров водного эквивалента (м.в.э.). Эта глубина обеспечивает значительную защиту от космического излучения Солнца для экспериментов по физике чувствительных частиц.
Два основных подземных кампуса, Кампус Дэвиса и Кампус Росс, проводят эксперименты на Уровне 4850.
Пещера Дэвиса
В кампусе Дэвиса находится пещера Дэвиса, в которой первоначально размещался Эксперимент с солнечным нейтрино доктора Реймонда Дэвиса-младшего, который был переработан и расширен для экспериментов с темной материей. Первый, Большой подземный ксеноновый эксперимент (LUX), проводился с 2013 по 2016 год. Пещера Дэвиса дала эксперименту среду, необходимую для того, чтобы стать самым чувствительным детектором темной материи в мире. более года после вывода из эксплуатации.
Эта современная лаборатория оснащена резервуаром для воды емкостью 72 000 галлонов (272 549 литров), который служит дополнительной защитой от космического излучения; а также система деионизации воды, чистое помещение и диспетчерская для исследователей. Исследователи оснастили пещеру Дэвиса системой очистки ксенона, серверами, электроникой и самим экспериментом. Все они снова будут использоваться для эксперимента с темной материей следующего поколения LUX-ZEPLIN (LZ).
Подземный кампус Государственного университета Блэк-Хиллз
На уровне 4850 в подземном кампусе Государственного университета Блэк-Хиллз (BHUC) находится низкофоновый счетный центр Sanford Lab - чистая комната класса 1000, содержащая несколько сверхчувствительных низкофоновых счетчиков ( LBC), используемые для анализа материалов для сверхчувствительных экспериментов, а прилегающее рабочее пространство можно использовать для различных дисциплин. Объект находится под управлением государственного университета Блэк-Хиллз и включает пять действующих LBC.
В этих LBC используются германиевые детекторы, размещенные в контейнерах из свинцового кирпича, для проверки материалов и определения ионизирующего излучения, выделяемого материалом с течением времени по мере распада его радиоактивных элементов. Этот процесс подсчета помогает исследователям решить, какие типы материалов лучше всего подходят для их экспериментов. Он также предоставляет данные исследователям, позволяя им рассчитать, сколько радиоактивности они могут ожидать от своих материалов в течение всего срока проведения эксперимента.
Соглашение о консорциуме между владельцами LBC позволяет счетчикам быть доступными для других университетов и партнеров, создавая возможности для совместных исследований. Хотя счетчики предназначены для поддержки высокоприоритетных экспериментов, консорциум позволяет использовать эти счетчики для всех совместных работ и академических пользователей, когда есть свободное место.
Лаборатория сборки поверхностей
Лаборатория сборки поверхностей (SAL) - это лаборатория площадью 780 квадратных футов с чистым помещением класса 1000. В этой лаборатории исследователи могут очистить и собрать части своих экспериментов перед их транспортировкой под землю. Чтобы приспособить эти процессы, SAL включает алюминиевое покрытие; воздушные шлюзы; подъемник; яма глубиной 12 футов для крупных монтажных проектов; и радон-редукционная система.
Станция очистки сточных вод
С момента начала работы Sanford Lab в 2008 году на станции очистки сточных вод (КОС) были обработаны миллиарды галлонов воды. Чтобы вода, проникающая естественным путем, не накапливалась под землей, примерно 700 галлонов воды в минуту перекачиваются из-под земли в поверхностный резервуар, где она ожидает процесса очистки. Вода, перекачиваемая из самых глубоких штреков лаборатории Сэнфорда и хвостохранилища Гризли Гулч, фильтруется через несколько систем, которые очищают воду от грязи, минералов и токсинов, обеспечивая безопасное возвращение в системы естественных водотоков. После очистки вода сбрасывается в Gold Run Creek, который соединяется с Whitewood Creek в пределах нескольких сотен ярдов от выпускной трубы.
Sanford Lab контролирует состояние здоровья эти ручьи, подсчет популяций рыб и макробеспозвоночных и тесты на загрязняющие вещества. Согласно этому постановлению, в 2019 году очистные сооружения были признаны Департаментом окружающей среды и природных ресурсов Южной Дакоты (DENR) одиннадцатый год подряд за их «выдающуюся работу системы сточных вод и соблюдение экологических требований» наградой DENR за разрешение на сброс поверхностных вод.
Объект расположен на предыдущем золотом руднике Хоумстейк, глубоком подземном золотом руднике, основанном во время золотой лихорадки Блэк-Хиллз в 1876 году. В конце 1960-х гг. на руднике проводился эксперимент Homestake. Операция, также известная как эксперимент Дэвиса, позволила Раймонду Дэвису-младшему непосредственно измерить поток солнечных нейтрино. Несоответствие результатов измерений потоку, предсказанному на основе светимости Солнца , привело к тому, что Дэвис разработал проблему солнечных нейтрино. Эксперимент «Хоумстейк» популяризировал шахту как ресурс среди научных кругов.
Когда шахта Хоумстейк закрылась в 2002 году, Национальный научный фонд (NSF) уже рассматривал этот объект в качестве возможного будущего места для размещения глубинной подземной научно-технической лаборатории США (DUSEL).). В 2006 году тезка учреждения Т. Денни Сэнфорд пожертвовала предприятию 70 миллионов долларов, Barrick Gold Corporation сделала пожертвование земли, а в соответствии с законодательством штата было создано Управление науки и технологий Южной Дакоты (SDSTA), квазигосударственная организация. Эти разработки завершились созданием Sanford Lab в 2007 году.
После обширного процесса обезвоживания уровень 4850 в Sanford Lab был посвящен губернатором Южной Дакоты Майком Раундсом и Т. Денни Сэнфордом в 2009 году. место в пространстве, теперь обозначенном как Уголок губернатора.
В декабре 2010 года Национальный совет по науке решил не финансировать дальнейшее проектирование DUSEL. Однако в 2011 году Министерство энергетики через Национальную лабораторию Лоуренса Беркли согласилось поддержать научные операции в лаборатории. Сегодня деятельность Sanford Lab финансируется США. Министерство энергетики с по Национальная ускорительная лаборатория Ферми.
Первыми двумя крупными физическими экспериментами, расположенными на уровне 4850, были эксперимент с большим подземным ксеноном (LUX) и эксперимент с демонстратором в Майоране. LUX находится в той же пещере, которая была раскопана для эксперимента Рэя Дэвиса в 1960-х годах. В октябре 2013 года, после первоначального запуска в 80 дней, LUX был определен как самый чувствительный детектор темной материи в мире. Эксперимент Майорана занимается поиском редкого типа радиоактивного распада, называемого «безнейтринный двойной бета-распад». Если бы это явление было обнаружено, это могло бы подтвердить, что нейтрино являются собственными античастицами, и дать ключ к разгадке того, почему материя преобладает над антивеществом.
В 2017 году коллаборация Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) провела прорыв на уровне 4850 в лаборатории Сэнфорда, чтобы отметить начало раскопок для базы нейтрино с длинной базой, где будет проходить международный эксперимент DUNE.
Координаты : 44 ° 21′07 ″ с.ш., 103 ° 45′04 ″ з.д. / 44,352 ° с.ш., 103,751 ° з.д. / 44,352; -103.751
