“核”以報(bào)國(guó)
——核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

正在建設(shè)中的大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)站的地下實(shí)驗(yàn)大廳入口

正在建設(shè)中的大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)站的控制中心與空調(diào)風(fēng)機(jī)房

核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)是粒子物理、核物理、粒子天體物理等學(xué)科的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)家安全與國(guó)防建設(shè)及核醫(yī)學(xué)、核能源等方面起著重要的作用。過(guò)去20多年來(lái)，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的沖擊，這個(gè)重要的基礎(chǔ)學(xué)科在國(guó)內(nèi)的發(fā)展受到影響，在許多研究單位已萎縮或消失，許多原有的工業(yè)基礎(chǔ)也逐漸消亡。但隨著近年來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)夹g(shù)和人才的大量需求，國(guó)外商業(yè)產(chǎn)品的大量涌入，使核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)學(xué)科發(fā)展倍受關(guān)注。

為推動(dòng)“核探測(cè)器技術(shù)與核電子學(xué)”這一重要基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，全面落實(shí)院“創(chuàng)新三期”發(fā)展戰(zhàn)略，在中國(guó)科學(xué)院“全院辦校、所系結(jié)合”方針指導(dǎo)下，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在長(zhǎng)期合作的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)一年多的醞釀與策劃，于2005年4月25日正式成立“核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”。2008年12月，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成為中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。2009年7月，核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在院評(píng)估中被評(píng)為A類。2011年3月29日，“核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”經(jīng)科技部批準(zhǔn)立項(xiàng)。2011年10月13日，核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式獲批建設(shè)。

任重而道遠(yuǎn)

核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以建設(shè)國(guó)際一流的核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)研究基地為目標(biāo)，以國(guó)家需求為導(dǎo)向，完成若干重大科研裝置的設(shè)計(jì)與建設(shè)任務(wù)，參與國(guó)際大型探測(cè)器的合作設(shè)計(jì)與研制，以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)在國(guó)際上占有一席之地。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在依托大科學(xué)裝置基地建設(shè)之際，積極加強(qiáng)人才培養(yǎng)，逐步形成了具有國(guó)家級(jí)水平的優(yōu)秀研究團(tuán)體。目前，實(shí)驗(yàn)室正在全力以赴開展大亞灣核反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)，與國(guó)內(nèi)外近40家科研單位共同承擔(dān)了主要的工程建設(shè)任務(wù)。同時(shí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也開展了大量的新型探測(cè)器預(yù)研，如中國(guó)散裂中子源用探測(cè)器和數(shù)據(jù)讀出系統(tǒng)，未來(lái)國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)的探測(cè)器，同步輻射用X－射線探測(cè)器等，重點(diǎn)部署前端電子學(xué)關(guān)鍵技術(shù)研究，發(fā)展大容量高速數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)技術(shù)，推動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)移，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全服務(wù)。

針對(duì)國(guó)內(nèi)外粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)展和國(guó)家戰(zhàn)略需求，“核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的主要任務(wù)是：進(jìn)行核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)前沿技術(shù)和方法的基礎(chǔ)研究和探索，引領(lǐng)本學(xué)科在國(guó)內(nèi)的整體發(fā)展；著眼于粒子物理與核物理實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，為國(guó)家未來(lái)可能的大科學(xué)工程項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)研，提供技術(shù)和人才支持；承擔(dān)國(guó)家大科學(xué)工程的建設(shè)任務(wù)；滿足國(guó)家重大需求，開展應(yīng)用技術(shù)研究和技術(shù)轉(zhuǎn)移工作；通過(guò)國(guó)際合作跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，廣泛開展核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際合作，爭(zhēng)取早日達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

具體說(shuō)來(lái)，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將瞄準(zhǔn)國(guó)家需求和學(xué)科發(fā)展方向，在核探測(cè)技術(shù)方面重點(diǎn)部署研究新實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，如開展氣體探測(cè)器、閃爍探測(cè)器和半導(dǎo)體探測(cè)器的研究，在核電子學(xué)方面重點(diǎn)部署前端電子學(xué)關(guān)鍵技術(shù)研究，發(fā)展大容量高精度、高速度數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)技術(shù)，技術(shù)應(yīng)用研究等。

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將通過(guò)參與國(guó)家重大項(xiàng)目，在中國(guó)科學(xué)院、高能物理研究所兩級(jí)的支持下，完善重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的裝備，提高技術(shù)水平，積淀雄厚的研發(fā)實(shí)力，逐步把重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成國(guó)內(nèi)核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)領(lǐng)域的科研與技術(shù)中心。

五大方向齊頭并進(jìn)

近些年，核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的主要工作是開展新型探測(cè)器、新實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的研究，并為大科學(xué)工程建設(shè)和研究提供技術(shù)和人才支撐。在前期工作的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在5個(gè)方面開展基礎(chǔ)研究工作：

1.氣體探測(cè)器

新型氣體探測(cè)器的研究重點(diǎn)是開展以G E M（氣體電子倍增器）探測(cè)器、Micromegas探測(cè)器為代表的MicroPatten氣體探測(cè)器研究。這是當(dāng)前國(guó)際新型氣體探測(cè)器研究的前沿，開展MicroPatten氣體探測(cè)器技術(shù)研究的目的是跟蹤國(guó)際核探測(cè)技術(shù)前沿的發(fā)展，并應(yīng)用于國(guó)內(nèi)散裂中子源和同步輻射項(xiàng)目。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在RPC、MRPC探測(cè)器上的研究已達(dá)到了世界先進(jìn)水平，將進(jìn)一步開展雪崩模式阻性板探測(cè)器和新讀出方式的M R PC技術(shù)的研究，將保持我國(guó)在這一領(lǐng)域的國(guó)際地位。大面積/位置靈敏型MRPC/TOF研究，將為我國(guó)核與粒子物理大型實(shí)驗(yàn)裝置提供新的探測(cè)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法。

2.閃爍探測(cè)器

CsI（Tl）、LSO等無(wú)機(jī)閃爍晶體仍然是粒子和核探測(cè)發(fā)展的主流敏感材料。CsI（Tl）晶體在BESⅢ探測(cè)器上得到很好的應(yīng)用，未來(lái)可以考慮摻Na和不摻雜的晶體，以滿足高計(jì)數(shù)率及其他要求。LSO晶體由于比重大、發(fā)光強(qiáng)、發(fā)光時(shí)間短，是目前最理想的探測(cè)器閃爍晶體，在ILC及PET等醫(yī)療設(shè)備中應(yīng)用廣泛。摻Gd閃爍玻璃具有造價(jià)低、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)，具有極好的未來(lái)發(fā)展前景。液體閃爍體是未來(lái)中微子實(shí)驗(yàn)的發(fā)展基礎(chǔ)。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將基于大亞灣實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，發(fā)展新型液體閃爍體。同時(shí)將研究與各種光電器件（雪崩光二極管、CCD、EBCCD等）結(jié)合的探測(cè)器，以提高陣列的空間與能量分辨。既可適用于高能γ射線又適用于低能X射線，可廣泛應(yīng)用于粒子物理、同步輻射和成像技術(shù)，如PET等領(lǐng)域。

3.半導(dǎo)體探測(cè)器

半導(dǎo)體探測(cè)器在國(guó)際上發(fā)展很快，國(guó)內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用對(duì)此也有大量需求。我國(guó)在半導(dǎo)體探測(cè)器方面技術(shù)和工藝基礎(chǔ)相對(duì)落后。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備參加ATLAS和STAR實(shí)驗(yàn)硅像素探測(cè)器的改進(jìn)項(xiàng)目，通過(guò)國(guó)際合作掌握技術(shù)，并逐步開展這方面的自主研究工作。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也將與上海微系統(tǒng)所合作，逐步開展SOI型硅探測(cè)器的研究工作。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將在高能所內(nèi)建一個(gè)大型硅探測(cè)器實(shí)驗(yàn)室，爭(zhēng)取早日全面掌握硅探測(cè)器的設(shè)計(jì)、流片、邦定技術(shù)，并將其應(yīng)用到空間粒子探測(cè)、同步輻射、醫(yī)療設(shè)備等其他應(yīng)用中去。

4.前端電子學(xué)

考慮到目前國(guó)際上核電子學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合未來(lái)我國(guó)粒子物理、核物理，天體物理及各方面應(yīng)用工作的需要，前端電子學(xué)將重點(diǎn)在低噪聲、快響應(yīng)的前置放大電路、波形數(shù)字化研究、前端專用集成電路（ASIC）等方向進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。

專用集成電路芯片（ASIC）的需求，已制約我國(guó)核探測(cè)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，也是目前電子學(xué)研究發(fā)展的核心領(lǐng)域。通過(guò)建立微電子學(xué)研究平臺(tái)，并與微電子企事業(yè)單位進(jìn)行合作，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將開展用戶專用集成電路芯片（ASIC）的研制，同時(shí)培養(yǎng)年輕設(shè)計(jì)力量。

結(jié)合探測(cè)器研究，重點(diǎn)發(fā)展低噪聲前端放大電路，多通道模數(shù)模轉(zhuǎn)換，高性能時(shí)間—數(shù)字轉(zhuǎn)換等集成電路；結(jié)合ILC的RPC數(shù)字積分電磁和強(qiáng)子量能器的設(shè)計(jì)和高精度定位的核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，突出研究多通道成形串行讀出和快速開關(guān)電容陣列并行讀出的專用集成電路。

5.大容量數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)

未來(lái)高能物理實(shí)驗(yàn)將具有更高的亮度和更低的截面，有更多的分析和處理任務(wù)需要在線實(shí)時(shí)完成。隨著高速ADC與波形數(shù)字化在實(shí)驗(yàn)中的廣泛使用，對(duì)數(shù)據(jù)獲取與處理能力提出了更高的要求。光纖技術(shù)、FPGA技術(shù)、高速的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接傳輸和多核嵌入式處理器等各種技術(shù)已逐漸將觸發(fā)與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)統(tǒng)一起來(lái)。因此有必要以不斷發(fā)展的電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，開展大容量高速數(shù)據(jù)獲取與處理的研究，進(jìn)一步提高系統(tǒng)規(guī)模和并行程度，以滿足未來(lái)實(shí)驗(yàn)對(duì)新一代數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)的需求。

創(chuàng)新的核心是人才，結(jié)合研究?jī)?nèi)容和國(guó)家重大任務(wù)，探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將每年培養(yǎng)約20～30名博士，同時(shí)在這些工作中也會(huì)培養(yǎng)、引進(jìn)學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人，以增強(qiáng)人才實(shí)力，更好地為國(guó)家建設(shè)和安全服務(wù)。