近日，江门中微子实验（JUNO）国际合作组以封面文章形式在国际顶级期刊Nature 发表题为“Measurement of reactor neutrino oscillation with the first JUNO data”的论文，这是目前中微子振荡参数θ??和Δm???的最高精度测量结果，相较于过去数十年多项实验的综合结果，精度提高了1.6倍。
西安交通大学作为JUNO国际合作组单位，能动学院核科学与技术学科张清民、郭宇航、朱康甫、刘颜恺、邵壮、吕志鹏是该论文的署名作者，为这一里程碑成果提供了重要技术支撑。由张清民教授团队负责研制的导管刻度系统（Guide Tube Calibration System, GTCS）是目前世界上最大的探测器刻度系统，服务于JUNO高精度能量重建。
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Nature 也同时配发观点文章，评价说“理解中微子的行为对于在最小尺度上建立物质和力的完整描述至关重要。江门中微子实验的首个结果的分析让人信服，未来将能够确定质量排序。这标志着中微子振荡精确测量时代的到来，并有望为这些神秘基本粒子的特性提供新的见解”。
因发现太阳中微子振荡获2015年诺贝尔物理学奖的麦克唐纳教授对JUNO探测器曾评价道：“江门中微子实验现已圆满达成全部设计指标，实现了极高的本底放射性洁净度、优异的能量分辨能力与探测器长期稳定性。实验装置已全面投入运行，即将向着宏大的科学目标稳步推进：测定中微子质量顺序、精确测量中微子振荡参数、探测各类天体与自然源中微子，并寻找超越基本粒子标准模型的新物理现象。”
深地七百，世界之最：国际首个超大规模超高精度中微子装置JUNO
JUNO于2025年8月正式运行，是国际首个超大规模超高精度中微子专用大科学装置。JUNO的首要目标是测定中微子质量顺序，这是中微子物理最根本的科学问题之一。同时，JUNO能够精确测量中微子振荡参数，并具备发现更多新物理的潜力。
为了屏蔽宇宙射线、降低环境本底干扰，JUNO建造在广东江门地下700米处的实验大厅中。中微子只参与弱相互作用，需足够大的靶质量来捕获信号。JUNO液闪探测器是目前世界上最大的液闪探测器，其能量非均匀性显著，边缘区域尤甚。刻度系统就是给探测器这把“尺子”打造“刻度”，刻度的精确程度决定着物理目标的实现。因此，JUNO要求能量分辨率优于3% @1?MeV，能标不确定度优于1%。要精确刻画JUNO的边缘非均匀性，一套前所未有的超大尺度刻度系统成为关键。
面对这一挑战，西安交通大学科研团队自主设计、研发并负责安装运行的导管刻度系统，成为JUNO实现前所未有高精度能量测量的关键一环。
十年一尺，五道难关：世界首个百米刻度系统背后的坚持与突破
此前，国际上没有同类导管刻度系统可以借鉴。日本KamLAND的刻度系统非导管式，探测器直径也仅13米；意大利CUORE虽采用导管，但尺度不足1米且靠重力滑落，无法应对长距离、多转弯路径。JUNO需要的是主动驱动、工程挑战极大的百米级系统，一切必须从零开始。
刻度系统作为介入式测量装置，对原探测器本身的影响必须降至最低，因此GTCS在设计上需满足“三低”要求：低光学干扰、低结构遮挡、低本底贡献。为此，导管管径应尽可能小，安装结构力求紧凑，材料选择兼顾低光吸收与低放射性。
从2015年启动研制到2025年建成交付，西安香港六和宝典全年资料团队历时十年，逐一攻克五大关键难关。
刻度算法关，JUNO要求绝对能量标尺不确定度优于1%。对于直径超35米的液闪探测器，这要求必须有极高精度的能量响应模型，边界区域修正是关键一环。然而，伽马射线在探测器边缘会产生全能峰与康普顿平台重叠，传统方法难以提取准确的峰位信息。
团队提出了在显著重叠条件下精确提取全能峰峰位的方法，并建立了基于有限刻度点位的经线方向响应曲线精确重构方法。进一步引入多参数拟合约束、边界能谱响应模型及插值重建，实现了从“局部刻度点”到“全探测器边界响应”的高精度重建，并在真实探测器环境中完成验证。刻度算法效果满足JUNO要求，已应用于JUNO探测器边界的高精度刻度。
定位精度关，系统要求刻度源在超120米行程内的定位精度不高于0.2度，对应探测器表面弧长仅约6厘米。对于长距离、柔性结构、多转弯的机械系统而言，重力、摩擦力、形变及环境扰动会不断积累误差，哪怕微小偏差也可能在百米尺度上被放大。
应对这一挑战，团队突破专业壁垒，采用伺服电机精确控制收放线步进，并加装位置传感器进行闭环控制，实现了长距离可控刻度源的精准定位。JUNO现场测试表明：刻度源在百米行程中的定位误差控制在6厘米以内。
稳定运行关，为什么小孩能通过绳子绕桩牵住牛？绳子绕树桩，摩擦力和角度呈指数关系。GTCS面临同样挑战：超120米长距离、多转弯，拉力过大会扯断线缆（放射源将滞留探测器），拉力过小则绕线机会跳线。
团队突破专业壁垒，攻克了长距离导管在弯曲、悬挂与张力控制中的稳定性难题。采用Teflon材料降低摩擦，设计张力监控计实时监测，并发明张力保持器（提交专利申请不到10个月即获授权），确保收放线全程张力适宜。系统采用双端驱动，即使一端断线也可从另一端拉出，并预演了各种穿线恢复预案。团队构建了“JUNO导管刻度系统监控平台”（含用户/专家模式），具备异常预警与控制能力。团队多次开展全尺寸模型实验，同时在实验室建造十二分之一的比例模型，进行长期稳定性调试。刻度源载体的设计同样历经反复推敲。团队针对自锁防松、小尺寸过弯、便捷换源等需求，先后提出不下10个方案，通过多次试验才最终确定。从缩比模型到郊外全尺寸实验，再到地下700米现场运行，系统的稳定运行能力是在一次次真实挑战中被“磨”出来的。
本底控制关，中微子信号极其微弱，本底过高将直接淹没真实事例。JUNO要求总本底低于10 Hz，分配给GTCS的配额仅0.1Hz。
团队从源头严苛筛选所有材料，实现了低结构遮挡的设计目标。最终，通过蒙卡模拟与极低放射性检测，将系统实际本底贡献控制在0.085 Hz以下，优于0.1Hz的配额要求。
此外，GTCS的水循环系统通过注入超纯水，消除了源载体输运中因摩擦产生的弱光干扰，为JUNO的弱光测量提供了干净环境。
现场安装关，导管需与探测器同步安装，周期长、工序复杂，任何意外都可能压扁导管，团队为此设计了专用修复装置，克服重重困难完成设备运输与清洁。安装需配合探测器工序，等窗口有时十几天，窗口出现则连续高强度作业。面对现场苛刻条件：探测器表面光滑，需身系安全绳高处作业；每次安装攀爬数十米；平台空间狭窄，无法直腰。每一步都反复推演。最终，导管安全敷设，系统调试到位。
五关尽破，2025年系统完成全程扫描，为世界最大液闪探测器刻上最大最准的“能量尺”，交付JUNO运行。
装置为基，人才为脉：大科学装置训练场与人才接力
团队长期致力于辐射探测技术及应用研究，聚焦学生技术创新与集成能力双重提升，为核物理学科培养应用基础研究后备人才。培养过程中，引导学生面向大科学装置的真实需求，锤炼“发现问题、提出方案、集成资源、解决问题”的全链能力。刘颜恺、朱康甫等博士生在现场安装调试中的敬业精神与技术能力，赢得合作组的一致赞扬。近年国内博士毕业生全部进入国家重大核科学实验院所。依托JUNO实验培养的郭宇航博士和朱康甫博士，毕业后均入职中国科学院高能物理研究所，在中国散裂中子源分别从事我国首条GeV专用质子测试束研制和医用同位素生产研究工作。
从大科学装置中来，到大科学装置中去。这里是科学问题的发源地，也是大科学装置建设者的训练场与接力站。
