航天科工二院699廠THGEM多孔膜板推進氣體探測器研究
2014-04-18 18:53:40
admin
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據航天科工網2012年4月18日訊 近日，清華大學中國暗物質項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，為國內各科研院所提供的第200塊5×5平方厘米規格的多孔膜板。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、中國科技大學等多家科研院所，成功開辟了新型氣體探測器關鍵件THGEM多孔膜板的小型規模化市場，同時，也為推進我國新型微結構氣體探測器研究向縱深方向發展邁出了一大步。
前沿課題世界關注
新型微結構氣體探測器是利用氣體中電子在微孔內的雪崩效應使電子倍增，從而收集到相關數據的探測器，*早于1997年在歐洲核子研究中心被發明，因為在高能物理、核探測和國民經濟的很多方面都能有廣泛的應用，已成為當前國際氣體探測器研究的熱點。
新型微結構氣體探測器其核心件是GEM板或THGEM多孔膜板。GEM板主要是用化學腐蝕方法得到的板子，因為制作難度極高，僅在極少數國外單位制成，在特殊條件下才能少量供應，因而2004年，一位叫阿莫斯·布萊斯金的以色列科學家開發了主要用在一般印制板上，用機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3～4毫米，也稱為厚型GEM板。兩種多孔膜板雖然在材質、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，在孔內形成強電場，使氣體中的電子或離子加速，根據測得電流強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、計數率高等相同之處和優點外，還具有強度高、易于維護、清潔要求較GEM板低、高氣體增益、使用方便、相對價格低廉等優點，因而目前，其受關注度以及實用性都比GEM板要高，為世界在研的新一代氣體探測器關鍵件，近幾年在歐洲、日本發展迅速。
699廠于2011年初試制成功的THGEM多孔膜板即為此類板子，是中國科學院研究生院和高能物理研究所于2008年開始進行的國家自然科學基金課題，主要應用在高能物理的研究。
試制成功投石問路
現年76歲的謝一岡教授是中科院高能物理領域資深研究員，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，由他擔任課題負責人的新型氣體探測器項目自2008年立項以來，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。
在國際前沿基礎課題研究中，THGEM多孔膜板作為微結構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，且并不作為“商品”出售，進行學術交流也受很多的限制。為了推動課題能夠有實質進展，謝一岡教授和他的學生足跡踏遍了東莞、天津、滄州等多個印制板制造業水平較高的城市，卻一無所獲。直到2010年下半年，經多方打聽，與699廠印制板車間順利接洽后，事情才出現了轉機。
作為航天企業，699廠印制板車間并沒有將“板子”的價值定性為當下收益，多年參與我國武器型號研制生產，使699廠印制板車間強烈的意識到，參與國家重大課題的研究更能體現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”的先進工藝水平，進行了數十次技術攻關，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”規范打下數萬個直徑約為0.2mm的孔的“作品”。
看到自己的“想象”變成了“現實”，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的第一塊THGEM多孔膜板出現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據一經公布，立即吸引了意大利核科學院利亞斯特分部等多個國家從事氣體探測器研究的科學家的目光。年會結束后，費拉拉大學的毛羅教授還專門前往中科院就THGEM多孔膜板與謝教授進行交流，并帶走一塊用于自己的學術研究。
得到了專家的認可，699廠印制板車間并沒有沉溺在成功的喜悅中，他們又開始進行大面積THGEM多孔膜板的試制生產。2011年9月，當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多孔膜板出現在日本國際微結構氣體探測器會議（MPGD）上時，國際微結構氣體探測器方面的頂尖專家，THGEM多孔膜板的創始人阿莫斯·布萊斯金給予了極高的評價：“THGEM多孔膜板的增益率已達到國際水平！”來自世界的科學家們一方面對如此高增益率的數據表示驚嘆，另一方面也贊嘆中國在短短半年內已經實現多孔膜板孔量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秀展示，國內外的一些尖端科研院所認識了航天，知道了二院699廠，并提出了合作意向。
國計民生前景廣闊
新型微結構氣體探測器之所以如此吸引世界的目光，是因為其不僅在推動高能物理研究方面有著重要的意義，其還可以應用在森林火災日盲探測、X射線和同步輻射應用、等離子體診斷、核安全防護方面的微劑量檢測、利用宇宙線多次散射檢測核材料進行反恐、生物醫學成像等多個方面。
尤其是在與日本核裂變造成核泄漏相反的另一研究領域國際前沿科學清潔能源“核的聚變應用”中，可用于熱核反應的診斷，也就是說，一旦開發好比裂變核能更為清潔的能源領域技術，就可以徹底避免裂變能源的污染問題。
另外，暗物質是研究宇宙和空間的一個重要方面，特別是近幾年來已經成為很熱門的課題。國際天文和物理學界已普遍認識到，我們所生存的宇宙，其“實體”物質世界，如地球和各個星系只占4%，而暗物質和暗能量卻分別占22%和74%。這對宇宙起源和膨脹以及黑洞和天體運行規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探測等國際前沿基礎研究課題的極深地下實驗室。699廠于近日為清華大學課題組“量體裁衣”的THGEM多孔膜板也將在暗物質探測應用中發揮一定的作用。
面對如此廣闊的應用領域，699廠印制板車間技術副主任楊亞聃表示，對于THGEM多孔膜板的研制和生產也將朝著大面積、多層、更加高增益率的專業化發展。699廠將與課題同步，緊隨科研研制進度，助推國家基礎科學項目向前更深更廣的領域發展。