閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
激光晶體

上海硅酸鹽所實(shí)現(xiàn)超長BGO晶體產(chǎn)業(yè)化制備

星之球激光 來源:中國科學(xué)院2013-07-17 我要評(píng)論(0 )   

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所中試生產(chǎn)一線科技人員在成功制備出第一根650mm長BGO毛坯晶體的基礎(chǔ)上,通過對(duì)晶體生長設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工藝的持續(xù)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了超長BGO晶體產(chǎn)...

        中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所中試生產(chǎn)一線科技人員在成功制備出第一根650mm長BGO毛坯晶體的基礎(chǔ)上,通過對(duì)晶體生長設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工藝的持續(xù)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了超長BGO晶體產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)的重大突破,單爐次產(chǎn)能提升10余倍(達(dá)22根/爐),平均生長成品率超過80%,在極短的周期內(nèi)為中國空間暗物質(zhì)探測衛(wèi)星(DAMPE)項(xiàng)目提供了320根25*25*600mm3的成品晶體,同時(shí)申請(qǐng)了生長設(shè)備和方法的發(fā)明專利,實(shí)現(xiàn)了真正意義上研究與開發(fā)項(xiàng)目的成功和技術(shù)上的突破。

  鍺酸鉍(Bi4Ge3O12,BGO)晶體是一種有著廣泛應(yīng)用的重要無機(jī)閃爍體材料,隨著該晶體實(shí)際應(yīng)用中所需探測粒子和射線能量的不斷提升(從MeV到GeV,再到TeV),對(duì)其長度方向尺度的要求也在不斷提高,研究與開發(fā)更長尺寸的晶體成為該晶體一個(gè)極為重要的發(fā)展方向。在中國科學(xué)院空間科技先導(dǎo)項(xiàng)目的支持下,上海硅酸鹽所中試生產(chǎn)一線于2011年6月啟動(dòng)了超長BGO晶體的研制工作。經(jīng)過近5個(gè)月的反復(fù)探索試驗(yàn),研究團(tuán)隊(duì)成功地制備出第一根長達(dá)650mm的BGO晶體毛坯并加工成25*25*600mm3成品晶體。25*25*600mm3成品BGO晶體的成功制備為其在相關(guān)的探測領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能,DAMPE項(xiàng)目急需我所提供300根25*25*600mm3的成品晶體。經(jīng)中試生產(chǎn)一線科技人員的刻苦攻關(guān),反復(fù)探索實(shí)驗(yàn),不斷突破超長晶體制備中的諸多關(guān)鍵技術(shù),對(duì)生長工藝和設(shè)備進(jìn)行了全新的技術(shù)改造,高效地利用了原有的資源,使得晶體制備的成品率大幅度提高、單爐產(chǎn)能也得到十余倍的提升,既節(jié)省了巨額的資金投入也節(jié)省了寶貴的時(shí)間,按時(shí)完成了第一批訂單確定的300根600mm長BGO晶體和追加的20根該尺寸晶體的訂單任務(wù)。

  目前,中試生產(chǎn)一線科研人員仍在對(duì)制備工藝技術(shù)進(jìn)行持續(xù)性優(yōu)化,進(jìn)一步提高晶體的質(zhì)量、性能和制備成品率,并為完成DAMPE項(xiàng)目第二批訂單和開發(fā)更長尺寸的晶體作不懈努力,同時(shí)開展將該制備技術(shù)拓展用于其他功能晶體的探索性研究。

  BGO是Bi2O3-GeO2系化合物的總稱鍺酸鉍的縮寫,目前又往往特指其中的一種化合物Bi4Ge3O12。這種BGO是一種閃爍晶體,無色透明。當(dāng)一定能量的電子、γ射線或重帶電粒子進(jìn)入BGO時(shí),它能發(fā)出藍(lán)綠色的熒光,記錄熒光的強(qiáng)度和位置,就能計(jì)算出入射電子、γ射線等的能量和位置。這就是BGO的“眼睛”作用,即可用作高能粒子的“探測器”。

  人類一直在探索宇宙的奧秘、宇宙的形成、宇宙的最小的最基本的結(jié)構(gòu)。人們認(rèn)為,宇宙是從大爆炸開始的,溫度非常高,有電子、重電子、“層子”,隨后慢慢冷卻,變成質(zhì)子、原子核、原子。利用正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)可以人工模擬宇宙剛爆炸時(shí)的溫度,而要探測所產(chǎn)生的粒子就需要一種測量光子和電子能量、位置的高分辨率的BGO電磁量能器,其中僅BGO晶體材料一項(xiàng)就達(dá) 11000kg之多。

 

BGO發(fā)光性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)

  BGO成為性能優(yōu)異的新一代閃爍晶體材料,首先應(yīng)歸功于BGO發(fā)光性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。BGO是我國研制的一種閃爍晶體,曾用于諾貝爾獎(jiǎng)獲得者丁肇中的著名實(shí)驗(yàn)中。

  科學(xué)上的重要發(fā)現(xiàn),往往是打破常規(guī)的。70年代初,在美國 Raytheon公司研究部工作的科學(xué)家M.J.Weber和R.R.Monchamp把BGO作為固體激光工作物質(zhì)研究它的光譜性質(zhì),另外一些研究部門有興趣于X射線增強(qiáng)屏和閃爍材料。當(dāng)時(shí)Weber建立了一臺(tái)X射線激發(fā)熒光光譜儀。按常規(guī),Bi3+離子是各種磷光體的激活劑,但Bi3+在磷光體中的濃度很低(約百分之幾),Bi3+離子的濃度高了,就會(huì)因離子間的相互作用產(chǎn)生非輻射衰減,形成熒光淬滅。每cm3的BGO中含有1.38×1022個(gè)Bi3+,濃度如此之高,會(huì)有熒光現(xiàn)象嗎?Weber毅然用BGO作了實(shí)驗(yàn)。他興奮地發(fā)現(xiàn),在光和X射線輻照下,BGO在室溫下有很強(qiáng)的發(fā)光性質(zhì)。結(jié)合著BGO具有高有效原子數(shù)(即對(duì)射線的高阻擋本領(lǐng))和其他優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì),又不潮解,他預(yù)言了BGO作為新一代閃爍體的應(yīng)用前景,揭開了BGO在高能物理、核物理、核醫(yī)學(xué)、核工業(yè)和石油勘探等方面廣泛應(yīng)用的新篇章。如果Weber墨守成規(guī),不去測量BGO的發(fā)光性質(zhì),這個(gè)有重要意義的發(fā)現(xiàn)不就失之交臂了嗎?

 

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

暫無關(guān)鍵詞
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評(píng)
0相關(guān)評(píng)論
精彩導(dǎo)讀