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“微粒镜”超同行!中国宇宙线观测站顶尖高配

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中国已经建起许多大科学装置,这些装置具有基础研究意义和前沿高端特征,展现了中国科技的宽度和高度以及面向未来的探索趋势。链科技小编今天关注一项被称为微观粒子放大镜的最新成果。这项成果正用于一个方圆1.36平方公里的探测阵列,这一大型装置容纳近万个探测器,将一探世纪之谜——高能宇宙线起源。这就是国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站(LHAASO),目前进入集中安装阶段。

我国自主研制的2270只高时间分辨率的光电倍增管将在该系统中发挥关键作用。千里之外的江门中微子测试基地也开始启用10000只国产20英寸微通道板型光电倍增管,其探测效率均值达到30%以上,成功超越国外同类产品水平,解决了我国大科学工程的“卡脖子”问题。

“微粒镜”超同行!中国宇宙线观测站顶尖高配

光电倍增管作为高能物理实验的关键通用部件,关涉该领域的核心技术,日本公司垄断了全球90%以上的光电倍增管市场份额,并催生了两项诺贝尔物理学奖。我国长期受到国外技术垄断的封锁,这严重制约了我国微观粒子探索研究进程和水平的提高。中国目前正在建设一座巨型地下中微子探测实验室,这是一个直径35米球形的探测器,内部是2万吨透明的液体闪烁体,外部直径为40米的钢结构上装有20000只20英寸和25000只3英寸光电倍增管,上述构成的探测器浸没在直径为43米的圆柱体内。

当中微子进入球形探测器,在线性烷基苯为主的液体闪烁体中,就会以极小的概率发生β衰变,发出极其微弱的光。而球形探测器外部的光电倍增器就像“放大镜”,及时捕捉到微弱的光并转化为电信号放大输出,才能探测到幽灵般中微子的行踪。

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中国的追赶和反超,往往采用另辟蹊径的办法。提高光电倍增管探测效率的核心技术关乎量子效率和收集效率两个因素。相比日本目前采用的传统金属打拿极型光电倍增管倍增方式,中国技术采用微通道板作为电子倍增系统来实现电子放大,电子收集效率达到98%以上,探测效率超越日本同类产品。

在20英寸微通道板型光电倍增管的技术基础上,中国研究人员还研制出了高时间分辨率的光电倍增管,对光信号到达光电倍增管时间的测量精度,能对伽马射线的方向测量更精确。

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