给探测器装上国产“眼睛”(科技视点·以科技创新引领产业创新)

光山新闻网 采集侠 2024-04-21 23:58:01
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给探测器装上国产“眼睛”(科技视点·以科技创新引领产业创新)

 

  中国科学院高能物理研究所所长王贻芳在光电倍增管实验室。
  中国科学院高能物理研究所供图

 

  2011年底,48岁的刘术林做出了一个重大决定,举家从西安迁往北京。

  彼时,他在西安一家国企分公司担任总工程师,也是微通道板领域数一数二的专家,事业发展顺风顺水,生活过得也很安逸。

  让刘术林下定决心做出重大改变的,是中国科学院高能物理研究所所长王贻芳的诚挚邀请。当时,王贻芳团队的光电倍增管自主研制项目正陷入困境,急需刘术林助一臂之力。

  此前,光电倍增管市场一直被日本滨松公司垄断,国内连生产5英寸以上的光电倍增管能力都不具备。

  “现在只有一张设计图纸,能不能做出来还是问题,即便能做出来也得猴年马月了吧。”有人劝刘术林不要冒这个险。

  但刘术林态度很坚定:“这件事情非常有意义,我不需要考虑那么多,直接去做就行了。”

  决定自主研制

  如果我们自己不能生产大尺寸、高性能光电倍增管,一切都将受制于人

  在王贻芳找到刘术林之前,他已经带领团队在光电倍增管技术方面进行了3年的艰苦努力。

  光电倍增管是一种光子探测器件,于20世纪30年代发明,后广泛应用于医疗设备、科研设备、核技术、空间科学等方面。

  王贻芳说:“它就好比是探测器的‘眼睛’,能够把‘看到’的光子转换成电子,再把电子信号放大差不多1000万倍。”

  2008年,正在推进大亚湾中微子实验建设的王贻芳团队,同时也开始谋划未来接班的江门中微子实验。与大亚湾中微子实验寻求新的中微子振荡模式不同,江门中微子实验的主要目标是测量中微子质量顺序。

  王贻芳说:“为了实现这个目标,我们需要建设一个巨大的探测器,把光收集效率提高到大亚湾中微子实验的10倍,也是国际最高水平的5倍。为此,探测器中用到的核心器件——光电倍增管的光子探测效率需提高到30%,是当时国际水平的2倍。”

  难题随之而来。

  当时,国际上能生产20英寸光电倍增管的只有日本滨松公司一家,性能达不到要求,售价也高达5万元左右一只。江门中微子实验计划采用2万只20英寸的光电倍增管,单单采购成本就会高达10亿元人民币。

  王贻芳觉得太贵了!

  怎么办?只能自主研制。

  “如果我们自己不能生产大尺寸、高性能光电倍增管,一切都将受制于人。”中国科学院高能物理研究所研究员钱森说。他是江门中微子实验光电倍增管研制项目核心成员之一。

  2008年10月,当时还在中国科学院高能物理研究所攻读博士学位的钱森即将毕业,王贻芳建议他留下来参与江门中微子实验光电倍增管的研制。

  受一个研制大面积微通道板探测器项目的启发,王贻芳勾画了一个概念设计,采用微通道板收集电子,其思路不同于主流的 “打拿极”型的光电倍增管。

  进而,王贻芳、钱森等又进一步细化了设计,开展了模拟验证,确认设计没问题。半年后,他们申请了发明专利,并顺利获得了中国、俄罗斯、美国、日本、欧盟等国家和地区的发明专利授权。

  没想到,接下来却卡在了寻求企业合作这一关。

  在光电倍增管这个行当,国内当时可供选择的企业很少。20世纪60年代,中国还有2家工厂能够生产光电倍增管。80年代起,日本的滨松公司研制出了20英寸的光电倍增管,引领了整个光电倍增管技术的潮流,使其成为世界上最好的光电倍增管生产企业。后来,日本滨松在北京成立合资公司,从事光电倍增管的生产和销售,原来的几家国内生产企业逐渐凋零,举步维艰。