Hyper-Kamiokande Neutrino Detector Research and Development Project

En el marco de su actividad investigadora, el LSC participa en el proyecto internacional Hyper-Kamiokande (HK), un experimento de nueva generación destinado al estudio de los neutrinos, la desintegración del protón y otros fenómenos fundamentales de la física de partículas.

HK constituye la evolución de los detectores Kamiokande y Super-Kamiokande, cuyos resultados fueron reconocidos con el Premio Nobel de Física en los años 2002 y 2015 respectivamente. El detector Hyper-Kamiokande se construirá a una profundidad aproximada de 620 metros bajo tierra en la localidad de Kamioka (Japón).

Consistirá en un gran tanque cilíndrico de unos 70 metros de diámetro y 70 metros de altura, lleno de agua ultrapura, en cuyas paredes se instalarán decenas de miles de tubos fotomultiplicadores (Photo-Multiplier Tubes, PMTs). Estos detectores registran la luz Cherenkov producida cuando partículas cargadas, como los neutrinos, interaccionan con el agua.

Cada PMT funciona en condiciones de alto vacío, y debido a la elevada presión hidrostática a la que están sometidos, equivalente a una columna de agua de 70 metros, existe riesgo de implosión en caso de fallo espontáneo de algún PMT. Este fenómeno, que ocurre en milisegundos, puede generar una onda de choque capaz de dañar los PMTs adyacentes y comprometer la integridad del experimento.

Para mitigar este riesgo, el diseño del experimento incorpora una cubierta protectora anti-implosión compuesta por dos elementos principales: una cúpula de material polimetilmetacrilato (PMMA), altamente transparente a la luz ultravioleta y un cuerpo cónico de acero inoxidable, que refuerza estructuralmente el conjunto y contribuye a confinar la onda de choque en caso de implosión.

Hyper-Kamiokande está diseñado para medir la violación CP en el sector leptónico con una precisión sin precedentes, lo que podría ayudar a comprender el origen de la materia en el universo. Para garantizar el éxito del experimento, es imprescindible asegurar la integridad mecánica y funcional de los más de 20.000 tubos fotomultiplicadores.

En este contexto, resulta esencial fabricar cuerpos cónicos de acero inoxidable con procesos de baja radiopureza y soldadura sin material de aporte, que aseguren una resistencia estructural suficiente para contener la onda expansiva de una eventual implosión, un magnetismo residual reducido que no interfiera con la funcionalidad de los PMTs, y un diseño geométrico altamente preciso que asegure el correcto acoplamiento con las cúpulas de PMMA.

Por todo lo expuesto anteriormente, se considera necesario el suministro de fabricación de cuerpos cónicos de acero inoxidable mediante repulsado, destinados a la producción de las cubiertas protectoras anti-implosión para los fotomultiplicadores de 20 pulgadas del experimento Hyper-Kamiokande.