揭秘中國首顆暗物質粒子探測衛星的“超級視網膜”

中國首顆暗物質粒子探測衛星“悟空”日前成功發射升空。記者18日從中科院上海硅酸鹽所獲悉，600毫米長的BGO(鍺酸鉍)晶體好比衛星的“超級視網膜”，它能幫助“悟空”準確收集高能宇宙線粒子和伽馬射線光子，用“火眼金睛”窺探宇宙中披著“隱身衣”的神秘暗物質。

據了解，“悟空”是國際上已知觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的空間探測器，也是中國歷史上首顆大型空間探測裝置。中科院上海硅酸鹽所科研人員為該衛星的研制提供了初樣和正樣共計640根600毫米BGO晶體，為中國暗物質粒子探測衛星有效載荷的成功研制及其發射提供了重要保障。

中科院上海硅酸鹽所陳俊鋒博士介紹，“悟空”最核心的載荷是由尺寸為25×25×600立方毫米的BGO晶體和光電倍增管構成的BGO量能器。在整個衛星有效載荷中，BGO晶體的質量占比高達59%，因此，“悟空”也可以被看做“BGO晶體衛星”。

BGO晶體，是與可能的暗物質粒子湮滅產物——高能宇宙線粒子和伽馬射線光子作用的直接媒介。陳俊鋒表示，由其構建的BGO量能器具有三大突出優點：第一，采用雙端讀出設計，信號互為備份，可大幅提高系統的穩定性、可靠性；第二，芯片用量和電子學通路數大大減少，相應功耗也顯著降低；第三，有效載荷功耗和質量大幅下降。

600毫米長晶體，是衛星有效載荷BGO量能器的唯一候選探測材料。此前，BGO晶體在核醫學、粒子物理、核物理、天體物理和石油測井等輻射探測領域應用廣泛，但國際上已知最長BGO晶體僅有400毫米，離600毫米還有很大差距。

為確保“悟空”具有最敏銳的物質探測能力，中科院上海硅酸鹽所歷時兩年研究，終于解決了原料處理、生長設備、生長工藝、加工工藝以及性能表征等一系列關鍵技術與科學問題，不僅填補了相關領域科學認知空白，而且為“悟空”BGO量能器晶體性能指標的確立和數據處理方案的確定奠定了重要基礎。

目前，中科院上海硅酸鹽所是世界上能研制并量產600毫米超長BGO晶體的唯一供應商，保持著生長BGO晶體長度的世界紀錄。(記者王琳琳)