記者今天從中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所獲悉，“悟空”探測暗物質(zhì)的“視網(wǎng)膜”——600毫米長(cháng)的鍺酸鉍（Bi4Ge3O12，BGO）晶體，由該所成功實(shí)現制備和量產(chǎn)，創(chuàng )造了“世界最長(cháng)BGO晶體”。而上海硅酸鹽所，也成為世界上能研制并量產(chǎn)該長(cháng)度BGO晶體的唯一供應商。

什么是暗物質(zhì)

BGO晶體究竟是什么？科研人員介紹說(shuō)，“暗物質(zhì)是什么”是本世紀亟待回答的最基本科學(xué)問(wèn)題之一，也是現代物理學(xué)界最久未揭開(kāi)的謎團，按目前的理論分析，暗物質(zhì)粒子可能湮滅后形成的產(chǎn)物，主要是高能電子和伽瑪射線(xiàn)，而B(niǎo)GO晶體是與這些電子和射線(xiàn)發(fā)生作用的直接媒介。BGO晶體，在核醫學(xué)、粒子物理、核物理、天體物理和石油測井等輻射探測領(lǐng)域均有非常廣泛的應用。據介紹，暗物質(zhì)探測衛星“悟空”，最核心的載荷是由308根BGO晶體和光電倍增管構成的BGO量能器，在約1410千克的衛星有效載荷中，824千克皆是BGO晶體，占比高達58%。其中，每根600毫米長(cháng)BGO晶體，在兩端各耦合1只光電倍增管，形成1個(gè)探測單元，308個(gè)探測單元以相鄰兩層、正交排列方式形成立體探測矩陣。所以，如果把BGO量能器比喻為衛星探測暗物質(zhì)的“火眼金睛”，那么600毫米長(cháng)的BGO晶體就仿佛這雙眼的“視網(wǎng)膜”。

保持世界紀錄

據了解，在衛星“悟空”有效載荷的初始設計方案中，BGO晶體的“個(gè)子”還沒(méi)有這么高。衛星研制團隊曾考慮采用576根25×25×300立方毫米的晶體來(lái)構筑BGO量能器，該尺寸更易制備，但在高集成度、低功耗和高可靠性等方面可能無(wú)法滿(mǎn)足“悟空”的苛刻要求。所以，可行性設計最終確定：BGO晶體的“身高”翻倍至600毫米，數量減半至308根。然而，挑戰也隨之而來(lái)。國際上此前報道最長(cháng)的BGO晶體僅400毫米長(cháng)，許多業(yè)內專(zhuān)家甚至認為600毫米是不可能完成的任務(wù)。在中科院空間科技先導項目的支持下，從2011年6月起，上海硅酸鹽研究所中試生產(chǎn)一線(xiàn)（BGO研究組）歷時(shí)2年，解決了原料處理、生長(cháng)設備、生長(cháng)和加工工藝及晶體性能測試等一系列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，先后實(shí)現了600毫米長(cháng)晶體的成功制備和量產(chǎn)，而這一BGO晶體長(cháng)度的世界紀錄迄今仍未被打破。上海硅酸鹽所在超長(cháng)BGO晶體制備方面的技術(shù)目前堪稱(chēng)全球領(lǐng)先。據悉，率先發(fā)現宇宙高能電子“異常超出”的美國南極氣球實(shí)驗（ATIC）采用的BGO晶體，也全部由該生產(chǎn)線(xiàn)提供。