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中国闪烁晶体BGO获突破:曾用于丁肇中著名实验

2013-07-15 10:44
瑾年Invader
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  ——日前,中国科学院上海硅酸盐研究所中试生产一线科技人员在成功制备出第一根650mm长BGO毛坯晶体的基础上,通过对晶体生长设备的创新设计和工艺的持续优化,实现了超长BGO晶体产业化制备技术的重大突破,单炉次产能提升10余倍(达22根/炉),平均生长成品率超过80%,在极短的周期内为中国空间暗物质探测卫星(DAMPE)项目提供了320根25*25*600mm3的成品晶体,同时申请了生长设备和方法的发明专利,实现了真正意义上研究与开发项目的成功和技术上的突破。

  锗酸铋(Bi4Ge3O12,BGO)晶体是一种有着广泛应用的重要无机闪烁体材料,随着该晶体实际应用中所需探测粒子和射线能量的不断提升(从MeV到GeV,再到TeV),对其长度方向尺度的要求也在不断提高,研究与开发更长尺寸的晶体成为该晶体一个极为重要的发展方向。在中国科学院空间科技先导项目的支持下,上海硅酸盐所中试生产一线于2011年6月启动了超长BGO晶体的研制工作。经过近5个月的反复探索试验,研究团队成功地制备出第一根长达650mm的BGO晶体毛坯并加工成25*25*600mm3成品晶体。25*25*600mm3成品BGO晶体的成功制备为其在相关的探测领域的应用提供了可能,DAMPE项目急需我所提供300根25*25*600mm3的成品晶体。经中试生产一线科技人员的刻苦攻关,反复探索实验,不断突破超长晶体制备中的诸多关键技术,对生长工艺和设备进行了全新的技术改造,高效地利用了原有的资源,使得晶体制备的成品率大幅度提高、单炉产能也得到十余倍的提升,既节省了巨额的资金投入也节省了宝贵的时间,按时完成了第一批订单确定的300根600mm长BGO晶体和追加的20根该尺寸晶体的订单任务。

上海硅酸盐研究所批量制备的25*25*600mm3成品晶体

  目前,中试生产一线科研人员仍在对制备工艺技术进行持续性优化,进一步提高晶体的质量、性能和制备成品率,并为完成DAMPE项目第二批订单和开发更长尺寸的晶体作不懈努力,同时开展将该制备技术拓展用于其他功能晶体的探索性研究。

  BGO是Bi2O3-GeO2系化合物的总称锗酸铋的缩写,目前又往往特指其中的一种化合物Bi4Ge3O12。这种BGO是一种闪烁晶体,无色透明。当一定能量的电子、γ射线或重带电粒子进入BGO时,它能发出蓝绿色的荧光,记录荧光的强度和位置,就能计算出入射电子、γ射线等的能量和位置。这就是BGO的“眼睛”作用,即可用作高能粒子的“探测器”。

  人类一直在探索宇宙的奥秘、宇宙的形成、宇宙的最小的最基本的结构。人们认为,宇宙是从大爆炸开始的,温度非常高,有电子、重电子、“层子”,随后慢慢冷却,变成质子、原子核、原子。利用正负电子对撞机可以人工模拟宇宙刚爆炸时的温度,而要探测所产生的粒子就需要一种测量光子和电子能量、位置的高分辨率的BGO电磁量能器,其中仅BGO晶体材料一项就达 11000kg之多。

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