航天科工二院699廠THGEM多孔膜板推進(jìn)氣體探測器研究
2014-04-18 18:53:40
admin
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據(jù)航天科工網(wǎng)2012年4月18日訊 近日，清華大學(xué)中國暗物質(zhì)項(xiàng)目探測器課題組喜氣洋洋的從中國航天科工二院699廠迎走了專門為其量身定制的4塊THGEM多孔膜板，這是699廠自試制成功首塊THGEM多孔膜板一年來，為國內(nèi)各科研院所提供的第200塊5×5平方厘米規(guī)格的多孔膜板。自此，699廠已順利配套中科院研究生院高能物理研究所、清華大學(xué)、中國科技大學(xué)等多家科研院所，成功開辟了新型氣體探測器關(guān)鍵件THGEM多孔膜板的小型規(guī)模化市場，同時，也為推進(jìn)我國新型微結(jié)構(gòu)氣體探測器研究向縱深方向發(fā)展邁出了一大步。
前沿課題世界關(guān)注
新型微結(jié)構(gòu)氣體探測器是利用氣體中電子在微孔內(nèi)的雪崩效應(yīng)使電子倍增，從而收集到相關(guān)數(shù)據(jù)的探測器，*早于1997年在歐洲核子研究中心被發(fā)明，因?yàn)樵诟吣芪锢怼⒑颂綔y和國民經(jīng)濟(jì)的很多方面都能有廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)前國際氣體探測器研究的熱點(diǎn)。
新型微結(jié)構(gòu)氣體探測器其核心件是GEM板或THGEM多孔膜板。GEM板主要是用化學(xué)腐蝕方法得到的板子，因?yàn)橹谱麟y度極高，僅在極少數(shù)國外單位制成，在特殊條件下才能少量供應(yīng)，因而2004年，一位叫阿莫斯·布萊斯金的以色列科學(xué)家開發(fā)了主要用在一般印制板上，用機(jī)械鉆孔方式制作的厚型GEM板，即THGEM多孔膜板。THGEM多孔膜板一般厚度為0.2～1.2毫米，有時可達(dá)3～4毫米，也稱為厚型GEM板。兩種多孔膜板雖然在材質(zhì)、制作工藝等方面有很大不同，但基本原理都是通過對多孔膜板兩極加高電壓，在孔內(nèi)形成強(qiáng)電場，使氣體中的電子或離子加速，根據(jù)測得電流強(qiáng)度計算空氣中輻射量。
與GEM板相比，THGEM多孔膜板除了具有信號極快、計數(shù)率高等相同之處和優(yōu)點(diǎn)外，還具有強(qiáng)度高、易于維護(hù)、清潔要求較GEM板低、高氣體增益、使用方便、相對價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而目前，其受關(guān)注度以及實(shí)用性都比GEM板要高，為世界在研的新一代氣體探測器關(guān)鍵件，近幾年在歐洲、日本發(fā)展迅速。
699廠于2011年初試制成功的THGEM多孔膜板即為此類板子，是中國科學(xué)院研究生院和高能物理研究所于2008年開始進(jìn)行的國家自然科學(xué)基金課題，主要應(yīng)用在高能物理的研究。
試制成功投石問路
現(xiàn)年76歲的謝一岡教授是中科院高能物理領(lǐng)域資深研究員，從事氣體探測器研究50多年了，并在歐洲核子中心（CERN）這一世界*大的粒子物理研究中心任職多年，由他擔(dān)任課題負(fù)責(zé)人的新型氣體探測器項(xiàng)目自2008年立項(xiàng)以來，在研制過程中一直存在一個障礙，即缺少核心件THGEM多孔膜板。
在國際前沿基礎(chǔ)課題研究中，THGEM多孔膜板作為微結(jié)構(gòu)氣體探測器的重要組成部分，一直以來只有歐洲核子中心下屬工廠能夠少量生產(chǎn)，且并不作為“商品”出售，進(jìn)行學(xué)術(shù)交流也受很多的限制。為了推動課題能夠有實(shí)質(zhì)進(jìn)展，謝一岡教授和他的學(xué)生足跡踏遍了東莞、天津、滄州等多個印制板制造業(yè)水平較高的城市，卻一無所獲。直到2010年下半年，經(jīng)多方打聽，與699廠印制板車間順利接洽后，事情才出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)。
作為航天企業(yè)，699廠印制板車間并沒有將“板子”的價值定性為當(dāng)下收益，多年參與我國武器型號研制生產(chǎn)，使699廠印制板車間強(qiáng)烈的意識到，參與國家重大課題的研究更能體現(xiàn)航天制造能力和社會價值。為此，印制板車間即刻成立課題組，依靠“航天制造”的先進(jìn)工藝水平，進(jìn)行了數(shù)十次技術(shù)攻關(guān)，并于半年后拿出第一塊厚度為0.2毫米、雙面覆銅箔板上按“正三角形等距”規(guī)范打下數(shù)萬個直徑約為0.2mm的孔的“作品”。
看到自己的“想象”變成了“現(xiàn)實(shí)”，謝一岡教授的興奮之情溢于言表。隨后，他便攜帶我國自主試制生產(chǎn)的第一塊THGEM多孔膜板出現(xiàn)在了歐洲核子中心的研究年會上。這塊兒5厘米見方的小板子的測試數(shù)據(jù)一經(jīng)公布，立即吸引了意大利核科學(xué)院利亞斯特分部等多個國家從事氣體探測器研究的科學(xué)家的目光。年會結(jié)束后，費(fèi)拉拉大學(xué)的毛羅教授還專門前往中科院就THGEM多孔膜板與謝教授進(jìn)行交流，并帶走一塊用于自己的學(xué)術(shù)研究。
得到了專家的認(rèn)可，699廠印制板車間并沒有沉溺在成功的喜悅中，他們又開始進(jìn)行大面積THGEM多孔膜板的試制生產(chǎn)。2011年9月，當(dāng)中科院研究生院的劉宏邦博士攜帶剛剛試制成功30厘米見方的THGEM多孔膜板出現(xiàn)在日本國際微結(jié)構(gòu)氣體探測器會議（MPGD）上時，國際微結(jié)構(gòu)氣體探測器方面的頂尖專家，THGEM多孔膜板的創(chuàng)始人阿莫斯·布萊斯金給予了極高的評價：“THGEM多孔膜板的增益率已達(dá)到國際水平！”來自世界的科學(xué)家們一方面對如此高增益率的數(shù)據(jù)表示驚嘆，另一方面也贊嘆中國在短短半年內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多孔膜板孔量20倍增加后，制作工藝還能如此精湛！也正是日本國際氣體探測器會議上的優(yōu)秀展示，國內(nèi)外的一些尖端科研院所認(rèn)識了航天，知道了二院699廠，并提出了合作意向。
國計民生前景廣闊
新型微結(jié)構(gòu)氣體探測器之所以如此吸引世界的目光，是因?yàn)槠洳粌H在推動高能物理研究方面有著重要的意義，其還可以應(yīng)用在森林火災(zāi)日盲探測、X射線和同步輻射應(yīng)用、等離子體診斷、核安全防護(hù)方面的微劑量檢測、利用宇宙線多次散射檢測核材料進(jìn)行反恐、生物醫(yī)學(xué)成像等多個方面。
尤其是在與日本核裂變造成核泄漏相反的另一研究領(lǐng)域國際前沿科學(xué)清潔能源“核的聚變應(yīng)用”中，可用于熱核反應(yīng)的診斷，也就是說，一旦開發(fā)好比裂變核能更為清潔的能源領(lǐng)域技術(shù)，就可以徹底避免裂變能源的污染問題。
另外，暗物質(zhì)是研究宇宙和空間的一個重要方面，特別是近幾年來已經(jīng)成為很熱門的課題。國際天文和物理學(xué)界已普遍認(rèn)識到，我們所生存的宇宙，其“實(shí)體”物質(zhì)世界，如地球和各個星系只占4%，而暗物質(zhì)和暗能量卻分別占22%和74%。這對宇宙起源和膨脹以及黑洞和天體運(yùn)行規(guī)律等都有極其重要的意義。2010年底，我國在四川錦屏建成首個用于開展暗物質(zhì)探測等國際前沿基礎(chǔ)研究課題的極深地下實(shí)驗(yàn)室。699廠于近日為清華大學(xué)課題組“量體裁衣”的THGEM多孔膜板也將在暗物質(zhì)探測應(yīng)用中發(fā)揮一定的作用。
面對如此廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，699廠印制板車間技術(shù)副主任楊亞聃表示，對于THGEM多孔膜板的研制和生產(chǎn)也將朝著大面積、多層、更加高增益率的專業(yè)化發(fā)展。699廠將與課題同步，緊隨科研研制進(jìn)度，助推國家基礎(chǔ)科學(xué)項(xiàng)目向前更深更廣的領(lǐng)域發(fā)展。