中國科學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)中國首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”17日上午成功發(fā)射升空。中國科學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640根600mm長的鍺酸鉍(Bi4Ge3O12，以下簡稱BGO)晶體，為中國暗物質(zhì)粒子探測衛(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)粒子探測衛(wèi)星“悟空”主要的科學儀器在重量、功耗還是電子學線路的復雜度、工程實現(xiàn)難度方面都超越以往，而很多技術(shù)只有中國才有。探測器最核心的組成部分是BGO量能器，它既能測量粒子能量，又能區(qū)分粒子種類。盡管BGO晶體在核醫(yī)學、粒子物理、核物理、天體物理和石油測井等輻射探測領(lǐng)域已有廣泛應用，不過此前國際上已報道最長的BGO晶體僅為400mm長，因而600mm長的BGO晶體的成功研制及運用也創(chuàng)造了生長BGO晶體長度的世界新紀錄。

中國科學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，更長尺寸BGO晶體的生長是對晶體制備科學和技術(shù)的全新挑戰(zhàn)，許多業(yè)內(nèi)專家甚至認為這是不可能完成的任務(wù)，“晶體生長的尺寸越大，其技術(shù)難度是按指數(shù)地增強而非按線性，比方說尺寸增加1倍，那難度可能增加4到6倍一個量級，技術(shù)難度方面極富挑戰(zhàn)性，我們經(jīng)過設(shè)備方面的一個探索才能夠制配出現(xiàn)在一個尺寸的晶體”，陳俊鋒說，這在物理學領(lǐng)域來說是一種具有絕對突破性進展和貢獻。

談及BGO晶體在衛(wèi)星“悟空”中的作用，陳俊鋒也打了一個巧妙的比喻，“我們大家知道我們這次暗物質(zhì)探測衛(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’探測暗物質(zhì)的‘火眼金睛’，那么600mm長的BGO晶體則是‘悟空’探測暗物質(zhì)的‘視網(wǎng)膜’”， 陳俊鋒說，晶體起到的就是間接探測暗物質(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)粒子探測衛(wèi)星“悟空”是國際上已知觀測能段范圍最寬和能量分辨率最優(yōu)的空間探測器，也是中國歷史上首顆大型空間探測裝置，其最核心的載荷是由14層，每層22根，共計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BGO晶體的兩端各耦合1只光電倍增管形成1個探測單元，308個探測單元以相鄰兩層、正交排列方式形成輻射長度達32X0的立體探測矩陣。該衛(wèi)星有效載荷重約1400Kg，其中BGO晶體重達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等項目的支持下，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)科研人員在國際上率先開展了600mm長BGO晶體的制備科學與技術(shù)研究。在歷時兩年左右的持續(xù)研究與不斷嘗試中，科研人員逐步解決了原料處理、生長設(shè)備、生長工藝、加工工藝以及性能表征等一系列關(guān)鍵技術(shù)與科學問題，先后實現(xiàn)了600mm長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)該長度BGO晶體的唯一供應商，并保持著生長BGO晶體長度的世界紀錄。(完)