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广东2021年南方电网校园招聘考试知识点:一个“小火柴盒”攻关两年

发布时间:2020-05-16 09:33:12

一个“小火柴盒”攻关两年:做出长寿命、高性能探测器

这是一次以“年”为单位的观测,更是一次以“年”为单位的攻关。

从研究初期,冯骅就制定了明确的探测方案:X射线通过铍窗进入探测器,与探测气体发生光电效应产生光电子,测量运动的光电子穿过气体留下的二维径迹,从而推断出入射X射线的偏振信息。

而在实验室研究阶段,“做出能够满足空间应用需求的长寿命、高性能”的探测器至关重要。冯骅向记者展示了这种新型X射线偏振探测器的外形,一个火柴盒大小,其中传感器面积只相当于一枚硬币。

就是这“方寸之地”,时时挑战着科学家们的智慧——单是探测气体密封在“火柴盒”内,实现长期稳定的工作性能,就花了团队整整两年时间:“实验初期做出的探测器,总是短时间内就被烧坏——核心部件气体电子倍增器(GEM)因高压放电被击穿。”

通过反复测试研究,团队发现了气体纯度这一“罪魁祸首”。“由于探测器是一个密闭环境,当纯净的探测气体充入后,探测器结构材料表面吸附的杂质气体会慢慢释放,使得探测气体纯度下降,从而引起性能衰减,严重时就会‘烧毁’探测器。”冯骅解释。

而对“闭气型气体探测器的封装技术”的冲击,是一个彻底的学科交叉工程。超高真空技术方面,团队请教过中国计量科学研究院和校内凝聚态物理方面的专家;结构材料方面,参考航空航天材料标准,再三测试对比,筛选出满足结构强度的、极低出气率的材料;探测器封装环境方面有差距,则搭建超净室、进行烘烤除气,想方设法降低杂质成分;还找到专属研究院进行气体提纯工作,将气体纯度从市面上常见的99.9%提高至99.999%……

至此,团队迈出重要一步:成品探测器实现了长寿命的要求,从最初只有约30分钟的工作寿命,到封好之后5~10年性能都不会改变。

2017年,团队高灵敏度、低系统误差的X射线偏振探测器在实验室研制成功,并通过了一系列空间环境模拟试验的检验。

巧合的是,同年,商业航天在中国兴起,为新探测技术和方法的飞行验证提供了更多可能性。由清华大学牵头研制的空间实验“极光计划”应运而生、进展迅速——2017年国庆节前,第一版本的空间载荷研制完成;一年的紧张调试和标定后,2018年10月29日,“极光计划”探测器搭载在天仪研究院的“铜川一号”立方星上成功发射到近地轨道上;2018年11月6日,探测器加电自检成功,并于12月18日开启高压投入运行,开启了“太空探测之旅”。

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