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实验室研究方向、主要研究内容
 

1. 研究方向与工作内容

针对国内外粒子物理与核物理实验的发展和国家战略需求,“核探测与核电子学国家重点实验室”的主要任务是: 1)进行核探测技术与核电子学前沿技术和方法的基础研究和探索,引领本学科在国内的整体发展;2)着眼于粒子物理与核物理实验的长远发展,为国家未来可能的大科学工程项目进行预研,提供技术和人才支持;3)承担国家大科学工程的建设任务;4)满足国家重大需求,开展应用技术研究和技术转移工作;5)通过国际合作跟踪国外先进技术,广泛开展核探测技术与核电子学领域的国际合作,争取早日达到国际领先水平。

具体说来,重点实验室将瞄准国家需求和学科发展方向,在核探测技术方面重点部署研究新实验方法和技术,如开展气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器的研究;在核电子学方面重点部署前端电子学关键技术研究;发展大容量高精度、高速度数据获取与处理系统技术;技术应用研究等。

重点实验室将通过参与国家重大项目,在中科院、研究所两级的支持下,完善重点实验室的装备,提高技术水平,积淀雄厚的研发实力,逐步把重点实验室建设成国内核探测技术与核电子学领域的科研与技术中心。

 

2. 主要研究内容

根据上述研究方向,重点实验室近期的主要工作是开展新型探测器、新实验方法和技术的研究,并为大科学工程建设和研究提供技术和人才支撑,例如完成大亚湾中微子实验的建设,开展中国散裂中子源靶站与谱仪的设计、预研和建设工作,启动西藏羊八井大型宇宙线观测站(LHAASO)的设计、预研和建设任务,开展兰州重离子加速器冷储存环实验、空间及地下暗物质探测研究的预研、国际合作(LHCRHICFAIRBELLEII等)物理实验的建设任务。

作为前沿技术储备和上述国家任务的预研,重点实验室将在以下几个方面开展基础研究工作:

 

1)  气体探测器

新型气体探测器的研究重点是开展以GEM(气体电子倍增器)探测器、Micromegas探测器为代表的MicroPatten气体探测器研究。这是当前国际新型气体探测器研究的前沿,开展MicroPatten气体探测器技术研究的目的是跟踪国际核探测技术前沿的发展,并应用于国内散裂中子源和同步辐射项目。重点实验室在RPCMRPC探测器上的研究已达到了世界先进水平。进一步开展雪崩模式阻性板探测器和新读出方式的MRPC技术的研究,将保持我国在这一领域的国际地位。大面积/位置灵敏型MRPC/TOF研究,将为我国核与粒子物理大型实验装置提供新的探测技术和实验方法。

 

2)  闪烁探测器

CsITl),LSO等无机闪烁晶体仍然是粒子和核探测发展的主流敏感材料。CsITl)晶体在BESIII探测器上得到很好的应用,未来可以考虑掺Na和不掺杂的晶体,以满足高计数率及其它要求。LSO晶体由于比重大、发光强、发光时间短,是目前最理想的探测器闪烁晶体,在ILCPET等医疗设备中应用广泛。掺Gd闪烁玻璃具有造价低、应用广泛的优点,具有极好的未来发展前景。液体闪烁体是未来中微子实验的发展基础。重点实验室将基于大亚湾实验的基础,发展新型液体闪烁体。同时将研究与各种光电器件(雪崩光二极管、CCDEBCCD等)结合的探测器,以提高阵列的空间与能量分辨。既可适用于高能γ射线又适用于低能X射线,可广泛应用于粒子物理、同步辐射和成像技术,如PET等领域。

 

3)  半导体探测器

半导体探测器在国际上发展很快,国内物理实验及其应用对此也有大量需求。我国在半导体探测器方面技术和工艺基础相对落后。重点实验室准备参加ATLASSTAR实验硅像素探测器的改进项目,通过国际合作掌握技术,并逐步开展这方面的自主研究工作。重点实验室也将与上海微系统所合作,逐步开展SOI型硅探测器的研究工作。重点实验室将在高能所内建一个大型硅探测器实验室,争取早日全面掌握硅探测器的设计、流片、邦定技术,并将其应用到空间粒子探测、同步辐射、医疗设备等其它应用中去。

4)  前端电子学

考虑到目前国际上核电子学的发展趋势,并结合未来我国粒子物理、核物理,天体物理及各方面应用工作的需要,前端电子学将重点在低噪声、快响应的前置放大电路、波形数字化研究、前端专用集成电路(ASIC)等方向进行研究和设计。

专用集成电路芯片(ASIC)的需求,已制约我国核探测技术和应用的发展,也是目前电子学研究发展的核心领域。通过建立微电子学研究平台,并与微电子企事业单位进行合作,重点实验室将开展用户专用集成电路芯片(ASIC)的研制,同时培养年轻设计力量。

结合探测器研究,重点发展低噪声前端放大电路,多通道模数模转换,高性能时间数字转换等集成电路;结合ILCRPC数字积分电磁和强子量能器的设计和高精度定位的核医学成像系统,突出研究多通道成形串行读出和快速开关电容阵列并行读出的专用集成电路。

 

5)  大容量数据获取和处理系统

未来高能物理实验将具有更高的亮度和更低的截面,有更多的分析和处理任务需要在线实时完成。随着高速ADC与波形数字化在实验中的广泛使用,对数据获取与处理能力提出了更高的要求。光纤技术、FPGA技术、高速的点对点连接传输和多核嵌入式处理器等各种技术已逐渐将触发与数据获取系统统一起来。因此有必要以不断发展的电子学、计算机和网络技术为支撑,开展大容量高速数据获取与处理的研究,进一步提高系统规模和并行程度,以满足未来实验对新一代数据获取与处理系统的需求。

结合以上研究内容和国家重大任务,重点实验室将每年培养约2030名博士,为国家建设和安全服务。同时在这些工作中也会培养、引进学科领域的学术带头人。

 
核探测与核电子学国家重点实验室    
地址:北京市918信箱    邮编:100049    电话:86-10-88236054    Email: moyl@ihep.ac.cn