中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所中試生產(chǎn)一線(BGO研究組)助理研究員陳俊鋒科研成果?！】涤裾?攝
中新網(wǎng)上海12月18日電 (記者 徐銀)中國(guó)首顆暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”17日上午成功發(fā)射升空。中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所18日在上海舉行的BGO晶體與石墨烯材料科研成果發(fā)布會(huì)上表示，該所科研人員為衛(wèi)星“悟空”的研制提供了初樣和正樣共計(jì)640根600mm長(zhǎng)的鍺酸鉍(Bi4Ge3O12，以下簡(jiǎn)稱BGO)晶體，為中國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星有效載荷的成功研制及其發(fā)射提供了重要保障。
據(jù)介紹，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”主要的科學(xué)儀器在重量、功耗還是電子學(xué)線路的復(fù)雜度、工程實(shí)現(xiàn)難度方面都超越以往，而很多技術(shù)只有中國(guó)才有。探測(cè)器最核心的組成部分是BGO量能器，它既能測(cè)量粒子能量，又能區(qū)分粒子種類。盡管BGO晶體在核醫(yī)學(xué)、粒子物理、核物理、天體物理和石油測(cè)井等輻射探測(cè)領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，不過(guò)此前國(guó)際上已報(bào)道最長(zhǎng)的BGO晶體僅為400mm長(zhǎng)，因而600mm長(zhǎng)的BGO晶體的成功研制及運(yùn)用也創(chuàng)造了生長(zhǎng)BGO晶體長(zhǎng)度的世界新紀(jì)錄。
中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所中試生產(chǎn)一線(BGO研究組)助理研究員陳俊鋒說(shuō)，更長(zhǎng)尺寸BGO晶體的生長(zhǎng)是對(duì)晶體制備科學(xué)和技術(shù)的全新挑戰(zhàn)，許多業(yè)內(nèi)專家甚至認(rèn)為這是不可能完成的任務(wù)，“晶體生長(zhǎng)的尺寸越大，其技術(shù)難度是按指數(shù)地增強(qiáng)而非按線性，比方說(shuō)尺寸增加1倍，那難度可能增加4到6倍一個(gè)量級(jí)，技術(shù)難度方面極富挑戰(zhàn)性，我們經(jīng)過(guò)設(shè)備方面的一個(gè)探索才能夠制配出現(xiàn)在一個(gè)尺寸的晶體”，陳俊鋒說(shuō)，這在物理學(xué)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)是一種具有絕對(duì)突破性進(jìn)展和貢獻(xiàn)。
談及BGO晶體在衛(wèi)星“悟空”中的作用，陳俊鋒也打了一個(gè)巧妙的比喻，“我們大家知道我們這次暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星的名字叫‘悟空’，我們都知道悟空有火眼金睛，如果把BGO量能器比作衛(wèi)星‘悟空’探測(cè)暗物質(zhì)的‘火眼金睛’，那么600mm長(zhǎng)的BGO晶體則是‘悟空’探測(cè)暗物質(zhì)的‘視網(wǎng)膜’”， 陳俊鋒說(shuō)，晶體起到的就是間接探測(cè)暗物質(zhì)的作用，從而使我們能夠抓到暗物質(zhì)的蹤影。
據(jù)悉，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”是國(guó)際上已知觀測(cè)能段范圍最寬和能量分辨率最優(yōu)的空間探測(cè)器，也是中國(guó)歷史上首顆大型空間探測(cè)裝置，其最核心的載荷是由14層，每層22根，共計(jì)308根尺寸為25×25×600mm3的BGO晶體和光電倍增管構(gòu)成的BGO量能器，每根600mm長(zhǎng)BGO晶體的兩端各耦合1只光電倍增管形成1個(gè)探測(cè)單元，308個(gè)探測(cè)單元以相鄰兩層、正交排列方式形成輻射長(zhǎng)度達(dá)32X0的立體探測(cè)矩陣。該衛(wèi)星有效載荷重約1400Kg，其中BGO晶體重達(dá)824Kg，晶體與有效載荷重量比例約59%，可謂 “BGO晶體衛(wèi)星”。BGO晶體是與可能的暗物質(zhì)粒子湮滅產(chǎn)物(主要為高能電子和伽馬射線)作用的直接媒介。
在中科院空間科技先導(dǎo)等項(xiàng)目的支持下，從2011年6月起，上海硅酸鹽所王紹華帶領(lǐng)的中試生產(chǎn)一線(BGO研究組)科研人員在國(guó)際上率先開(kāi)展了600mm長(zhǎng)BGO晶體的制備科學(xué)與技術(shù)研究。在歷時(shí)兩年左右的持續(xù)研究與不斷嘗試中，科研人員逐步解決了原料處理、生長(zhǎng)設(shè)備、生長(zhǎng)工藝、加工工藝以及性能表征等一系列關(guān)鍵技術(shù)與科學(xué)問(wèn)題，先后實(shí)現(xiàn)了600mm長(zhǎng)晶體的成功制備與量產(chǎn)，使上海硅酸鹽所成為世界上能研制并量產(chǎn)該長(zhǎng)度BGO晶體的唯一供應(yīng)商，并保持著生長(zhǎng)BGO晶體長(zhǎng)度的世界紀(jì)錄。(完)
