中國(guó)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(zhǎng)BGO毛坯晶體的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)成品率超過(guò)80%，在極短的周期內(nèi)為中國(guó)空間暗物質(zhì)探測(cè)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(zhǎng)設(shè)備和方法的發(fā)明專(zhuān)利，實(shí)現(xiàn)了真正意義上研究與開(kāi)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(wú)機(jī)閃爍體材料，隨著該晶體實(shí)際應(yīng)用中所需探測(cè)粒子和射線能量的不斷提升（從MeV到GeV，再到TeV），對(duì)其長(zhǎng)度方向尺度的要求也在不斷提高，研究與開(kāi)發(fā)更長(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)BGO晶體的研制工作。經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)晶體制備中的諸多關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)生長(zhǎng)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(zhǎng)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?xún)?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(kāi)發(fā)更長(zhǎng)尺寸的晶體作不懈努力，同時(shí)開(kāi)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(chēng)鍺酸鉍的縮寫(xiě)，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(wú)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(cè)器”。
人類(lèi)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(kāi)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(cè)所產(chǎn)生的粒子就需要一種測(cè)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(guó)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(guó) 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(mén)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B(niǎo)GO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(kāi)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(cè)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？
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