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近日,我国成功发射了首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”。“悟空”的火眼金睛上,有着由BGO晶体组成的“视网膜”,这一精密结构出自于中国科学院上海硅酸盐研究所。
据悉,“悟空”是目前国际上观测能段范围最宽和能量分辨率最优的空间探测器,最核心载荷是由308根每根600mm长的BGO晶体和光电倍增管构成的BGO量能器。BGO晶体是与可能的暗物质粒子湮灭产物作用的直接媒介,如果把BGO量能器比作“悟空”的“眼睛”,BGO晶体则是“视网膜”。
在“悟空”有效载荷的设计中,卫星研制团队综合考虑高集成度、低功耗和高可靠性等苛刻要求后,最终确定采用308根25×25×600mm长BGO晶体的可行性设计。作为“悟空”有效载荷BGO量能器的唯一候选探测材料,该尺寸晶体的研制和量产是BGO量能器乃至卫星系统研制成功的基本前提之一。但此前,国际上已知最长的BGO晶体仅为400mm。更长尺寸BGO晶体的生长是对晶体制备科学和技术的全新挑战,不少业内专家甚至认为这是不可能完成的任务。
从2011年6月起,由上海硅酸盐所王绍华带领的BGO研究组在国际上率先开展了600mm长BGO晶体的制备科学与技术研究。在两年左右的持续研究与不断尝试中,科研人员逐步解决了原料处理、生长设备以及生长工艺等一系列关键技术与科学问题,先后实现了600mm长晶体的成功制备与量产,使上海硅酸盐所成为全球能研制并量产该长度BGO晶体的唯一供应商,并保持着生长BGO晶体长度的世界纪录。
此外,海硅酸盐所科研人员系统研究了影响BGO晶体光透过和光响应均匀性的诸多因素,获得了创新性结果,为确立量能器晶体性能指标和确定数据处理方案作出了关键性贡献,并申请了3项相关国家发明专利。率先发现宇宙高能电子“异常超出”的美国南极气球实验(ATIC)采用的BGO晶体也全部由此提供。
上海硅酸盐所将继续保持在超长、高质量BGO晶体制备方面的全球领先优势,为我国及世界粒子物理、核物理和天体物理等领域应用提供尺寸更大、质量更高、性能更优的BGO晶体。
(原载于《经济日报》 2016-01-30 07版)
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