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湖北高天
在希臘神話中，阿爾戈英雄(Argonaut)冒著堅(jiān)硬的巖石、洶涌的大海、魔法和怪獸的巨大危險(xiǎn)，尋找傳說(shuō)中的金羊毛?，F(xiàn)在美國(guó)能源部費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)新的機(jī)器人項(xiàng)目將擁有同樣的名字和冒險(xiǎn)精神。
Argonaut是一個(gè)正在設(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)液氬粒子探測(cè)器的內(nèi)部。它將會(huì)在零下193攝氏度的液態(tài)氬海中航行，用于監(jiān)測(cè)超冷粒子探測(cè)器的狀況。該項(xiàng)目于3月獲得資助，旨在創(chuàng)造有史以來(lái)最耐寒的機(jī)器人之一，不僅在粒子物理學(xué)方面，而且在深空探索方面也有潛在的應(yīng)用。
氬，一種常見于我們周圍空氣中的元素，已經(jīng)成為科學(xué)家們尋求更好地了解我們宇宙的一個(gè)關(guān)鍵成分。在液態(tài)形式下，氬氣被用于研究幾個(gè)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中被稱為中微子的粒子，包括MicroBooNE、ICARUS、SBND和下一代國(guó)際深層地下中微子實(shí)驗(yàn)。液氬也被用于暗物質(zhì)探測(cè)器，如DEAP 3600、ARDM、MiniCLEAN和DarkSide-50。
液氬有許多好處。它的密度大，這增加了冷淡中微子相互作用的機(jī)會(huì)。它是惰性的，因此可以記錄被中微子相互作用擊出的電子，以創(chuàng)建粒子軌跡的三維圖。它是透明的，所以研究人員也可以收集光來(lái)"標(biāo)記"相互作用的時(shí)間。它也相對(duì)便宜--這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镈UNE將使用70000噸的這種東西。
但是液態(tài)氬探測(cè)器并非沒有挑戰(zhàn)。為了產(chǎn)生高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，液氬必須保持極冷和極純。這意味著探測(cè)器必須與外部世界隔離，以防止氬氣蒸發(fā)或被污染。由于訪問受到限制，診斷或解決探測(cè)器內(nèi)部的問題可能很困難。一些液態(tài)氬探測(cè)器，如歐洲核子研究中心的ProtoDUNE探測(cè)器，內(nèi)部安裝了攝像頭，以尋找氣泡或火花等問題。
為了保持低功率要求和避免液氬的干擾，Argonaut將沿著探測(cè)器一側(cè)的軌道緩慢移動(dòng)。它的主要功能是一個(gè)可移動(dòng)的相機(jī)，但從事這項(xiàng)工作的工程師希望增加其他功能，如用于小型電子維修的可伸展手臂。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家Jen Raaf說(shuō)：“用我們自己的眼睛看東西有時(shí)比解釋來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)要容易得多”。他為包括MicroBooNE、ArlIAT和DUNE在內(nèi)的幾個(gè)項(xiàng)目研究液態(tài)氬探測(cè)器。
當(dāng)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室工程師Bill Pellico想知道是否有可能使內(nèi)部的相機(jī)可以移動(dòng)時(shí)，就有了Argonaut的想法。一個(gè)機(jī)器人攝像機(jī)聽起來(lái)很簡(jiǎn)單--但為液態(tài)氬氣環(huán)境設(shè)計(jì)它卻帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。
所有的電子元件都必須能夠在極度寒冷的高壓環(huán)境下工作。所有的材料都必須經(jīng)受住從室溫到低溫的冷卻，而不至于過(guò)度收縮或變脆而散架。任何移動(dòng)部件都必須順利移動(dòng)，不能有油脂，否則會(huì)污染探測(cè)器。Pellico說(shuō)："你不能讓一些東西倒下，斷裂和脫落，使一些東西短路，或污染液氬，或使噪音進(jìn)入系統(tǒng)。
(原標(biāo)題：Argonaut超冷機(jī)器人項(xiàng)目：可監(jiān)測(cè)零下193攝氏度的液態(tài)氬海)
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