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航天科工二院699厂THGEM多孔膜板初步占领我国新型气体探测器研制市场

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出处:本文来源于网络
发布时间:2012-4-19 9:25:42

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  近日,清华大学中国暗物质项目探测器课题组喜气洋洋的从中国航天科工二院699厂迎走了专门为其量身定制的4块THGEM多孔膜板,这是699厂自试制成功首块THGEM多孔膜板一年来,为国内各科研院所提供的第200块5*5平方厘米规格的多孔膜板。自此,699厂已顺利配套中科院研究生院高能物理研究所、清华大学、中国科技大学等多家科研院所,成功开辟了新型气体探测器关键件THGEM多孔膜板的小型规模化市场,同时,也为推进我国新型微结构气体探测器研究向纵深方向发展迈出了一大步。

  前沿课题世界关注

  新型微结构气体探测器是利用气体中电子在微孔内的雪崩效应使电子倍增,从而收集到相关数据的探测器,最早于1997年在欧洲核子研究中心被发明,因为在高能物理、核探测和国民经济的很多方面都能有广泛的应用,已成为当前国际气体探测器研究的热点。

  新型微结构气体探测器其核心件是GEM板或THGEM多孔膜板。GEM板主要是用化学腐蚀方法得到的板子,因为制作难度极高,仅在极少数国外单位制成,在特殊条件下才能少量供应,因而2004年,一位叫阿莫斯·布莱斯金的以色列科学家开发了主要用在一般印制板上,用机械钻孔方式制作的厚型GEM板,即THGEM多孔膜板。THGEM多孔膜板一般厚度为0.2~1.2毫米,有时可达3~4毫米,也称为厚型GEM板。两种多孔膜板虽然在材质、制作工艺等方面有很大不同,但基本原理都是通过对多孔膜板两极加高电压,在孔内形成强电场,使气体中的电子或离子加速,根据测得电流强度计算空气中辐射量。

  与GEM板相比,THGEM多孔膜板除了具有信号极快、计数率高等相同之处和优点外,还具有强度高、易于维护、清洁要求较GEM板低、高气体增益、使用方便、相对价格低廉等优点,因而目前,其受关注度以及实用性都比GEM板要高,为世界在研的新一代气体探测器关键件,近几年在欧洲、日本发展迅速。

  699厂于2011年初试制成功的THGEM多孔膜板即为此类板子,是中国科学院研究生院和高能物理研究所于2008年开始进行的国家自然科学基金课题,主要应用在高能物理的研究。

  试制成功投石问路

  现年76岁的谢一冈教授是中科院高能物理领域资深研究员,从事气体探测器研究50多年了,并在欧洲核子中心(CERN)这一世界最大的粒子物理研究中心任职多年,由他担任课题负责人的新型气体探测器项目自2008年立项以来,在研制过程中一直存在一个障碍,即缺少核心件THGEM多孔膜板。

  在国际前沿基础课题研究中,THGEM多孔膜板作为微结构气体探测器的重要组成部分,一直以来只有欧洲核子中心下属工厂能够少量生产,且并不作为“商品”出售,进行学术交流也受很多的限制。为了推动课题能够有实质进展,谢一冈教授和他的学生足迹踏遍了东莞、天津、沧州等多个印制板制造业水平较高的城市,却一无所获。直到2010年下半年,经多方打听,与699厂印制板车间顺利接洽后,事情才出现了转机。

  作为航天企业,699厂印制板车间并没有将“板子”的价值定性为当下收益,多年参与我国武器型号研制生产,使699厂印制板车间强烈的意识到,参与国家重大课题的研究更能体现航天制造能力和社会价值。为此,印制板车间即刻成立课题组,依靠“航天制造”的先进工艺水平,进行了数十次技术攻关,并于半年后拿出第一块厚度为0.2毫米、双面覆铜箔板上按“正三角形等距”规范打下数万个直径约为0.2mm的孔的“作品”。

  看到自己的“想象”变成了“现实”,谢一冈教授的兴奋之情溢于言表。随后,他便携带我国自主试制生产的第一块THGEM多孔膜板出现在了欧洲核子中心的研究年会上。这块儿5厘米见方的小板子的测试数据一经公布,立即吸引了意大利核科学院利亚斯特分部等多个国家从事气体探测器研究的科学家的目光。年会结束后,费拉拉大学的毛罗教授还专门前往中科院就THGEM多孔膜板与谢教授进行交流,并带走一块用于自己的学术研究。

  得到了专家的认可,699厂印制板车间并没有沉溺在成功的喜悦中,他们又开始进行大面积THGEM多孔膜板的试制生产。2011年9月,当中科院研究生院的刘宏邦博士携带刚刚试制成功30厘米见方的THGEM多孔膜板出现在日本国际微结构气体探测器会议(MPGD)上时,国际微结构气体探测器方面的顶尖专家,THGEM多孔膜板的创始人阿莫斯·布莱斯金给予了极高的评价:“THGEM多孔膜板的增益率已达到国际水平!”来自世界的科学家们一方面对如此高增益率的数据表示惊叹,另一方面也赞叹中国在短短半年内已经实现多孔膜板孔量20倍增加后,制作工艺还能如此精湛!也正是日本国际气体探测器会议上的优秀展示,国内外的一些尖端科研院所认识了航天,知道了二院699厂,并提出了合作意向。

  国计民生前景广阔

  新型微结构气体探测器之所以如此吸引世界的目光,是因为其不仅在推动高能物理研究方面有着重要的意义,其还可以应用在森林火灾日盲探测、X射线和同步辐射应用、等离子体诊断、核安全防护方面的微剂量检测、利用宇宙线多次散射检测核材料进行反恐、生物医学成像等多个方面。

  尤其是在与日本核裂变造成核泄漏相反的另一研究领域国际前沿科学清洁能源“核的聚变应用”中,可用于热核反应的诊断,也就是说,一旦开发好比裂变核能更为清洁的能源领域技术,就可以彻底避免裂变能源的污染问题。

  另外,暗物质是研究宇宙和空间的一个重要方面,特别是近几年来已经成为很热门的课题。国际天文和物理学界已普遍认识到,我们所生存的宇宙,其“实体”物质世界,如地球和各个星系只占4%,而暗物质和暗能量却分别占22%和74%。这对宇宙起源和膨胀以及黑洞和天体运行规律等都有极其重要的意义。2010年底,我国在四川锦屏建成首个用于开展暗物质探测等国际前沿基础研究课题的极深地下实验室。699厂于近日为清华大学课题组“量体裁衣”的THGEM多孔膜板也将在暗物质探测应用中发挥一定的作用。

  面对如此广阔的应用领域,699厂印制板车间技术副主任杨亚聃表示,对于THGEM多孔膜板的研制和生产也将朝着大面积、多层、更加高增益率的专业化发展。699厂将与课题同步,紧随科研研制进度,助推国家基础科学项目向前更深更广的领域发展。(文/朱丽娟) 来源:航天科工网站

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