正在建設中的大亞灣中微子實驗站的地下實驗大廳入口

正在建設中的大亞灣中微子實驗站的控制中心與空調(diào)風機房

核探測技術與核電子學是粒子物理、核物理、粒子天體物理等學科的基礎，在國民經(jīng)濟、國家安全與國防建設及核醫(yī)學、核能源等方面起著重要的作用。過去20多年來，由于市場經(jīng)濟的沖擊，這個重要的基礎學科在國內(nèi)的發(fā)展受到影響，在許多研究單位已萎縮或消失，許多原有的工業(yè)基礎也逐漸消亡。但隨著近年來國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，相關應用領域?qū)夹g和人才的大量需求，國外商業(yè)產(chǎn)品的大量涌入，使核探測技術與核電子學學科發(fā)展倍受關注。

為推動“核探測器技術與核電子學”這一重要基礎學科的發(fā)展，全面落實院“創(chuàng)新三期”發(fā)展戰(zhàn)略，在中國科學院“全院辦校、所系結合”方針指導下，中國科學院高能物理研究所與中國科學技術大學在長期合作的基礎上，經(jīng)過一年多的醞釀與策劃，于2005年4月25日正式成立“核探測技術與核電子學聯(lián)合實驗室”。2008年12月，聯(lián)合實驗室成為中國科學院重點實驗室。2009年7月，核探測技術與核電子學重點實驗室在院評估中被評為A類。2011年3月29日，“核探測技術與核電子學國家重點實驗室”經(jīng)科技部批準立項。2011年10月13日，核探測與核電子學國家重點實驗室正式獲批建設。

任重而道遠

核探測與核電子學國家重點實驗室以建設國際一流的核探測技術與核電子學研究基地為目標，以國家需求為導向，完成若干重大科研裝置的設計與建設任務，參與國際大型探測器的合作設計與研制，以自主知識產(chǎn)權在國際上占有一席之地。中國科學院高能物理研究所與中國科學技術大學在依托大科學裝置基地建設之際，積極加強人才培養(yǎng)，逐步形成了具有國家級水平的優(yōu)秀研究團體。目前，實驗室正在全力以赴開展大亞灣核反應堆中微子實驗，與國內(nèi)外近40家科研單位共同承擔了主要的工程建設任務。同時重點實驗室也開展了大量的新型探測器預研，如中國散裂中子源用探測器和數(shù)據(jù)讀出系統(tǒng)，未來國際直線對撞機的探測器，同步輻射用X－射線探測器等，重點部署前端電子學關鍵技術研究，發(fā)展大容量高速數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)技術，推動技術轉(zhuǎn)移，為國民經(jīng)濟和國家安全服務。

針對國內(nèi)外粒子物理與核物理實驗的發(fā)展和國家戰(zhàn)略需求，“核探測與核電子學國家重點實驗室”的主要任務是：進行核探測技術與核電子學前沿技術和方法的基礎研究和探索，引領本學科在國內(nèi)的整體發(fā)展；著眼于粒子物理與核物理實驗的長遠發(fā)展，為國家未來可能的大科學工程項目進行預研，提供技術和人才支持；承擔國家大科學工程的建設任務；滿足國家重大需求，開展應用技術研究和技術轉(zhuǎn)移工作；通過國際合作跟蹤國外先進技術，廣泛開展核探測技術與核電子學領域的國際合作，爭取早日達到國際領先水平。

具體說來，重點實驗室將瞄準國家需求和學科發(fā)展方向，在核探測技術方面重點部署研究新實驗方法和技術，如開展氣體探測器、閃爍探測器和半導體探測器的研究，在核電子學方面重點部署前端電子學關鍵技術研究，發(fā)展大容量高精度、高速度數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)技術，技術應用研究等。

重點實驗室將通過參與國家重大項目，在中國科學院、高能物理研究所兩級的支持下，完善重點實驗室的裝備，提高技術水平，積淀雄厚的研發(fā)實力，逐步把重點實驗室建設成國內(nèi)核探測技術與核電子學領域的科研與技術中心。

五大方向齊頭并進

近些年，核探測與核電子學國家重點實驗室的主要工作是開展新型探測器、新實驗方法和技術的研究，并為大科學工程建設和研究提供技術和人才支撐。在前期工作的基礎上，重點實驗室在5個方面開展基礎研究工作：

1.氣體探測器

新型氣體探測器的研究重點是開展以G E M（氣體電子倍增器）探測器、Micromegas探測器為代表的MicroPatten氣體探測器研究。這是當前國際新型氣體探測器研究的前沿，開展MicroPatten氣體探測器技術研究的目的是跟蹤國際核探測技術前沿的發(fā)展，并應用于國內(nèi)散裂中子源和同步輻射項目。重點實驗室在RPC、MRPC探測器上的研究已達到了世界先進水平，將進一步開展雪崩模式阻性板探測器和新讀出方式的M R PC技術的研究，將保持我國在這一領域的國際地位。大面積/位置靈敏型MRPC/TOF研究，將為我國核與粒子物理大型實驗裝置提供新的探測技術和實驗方法。

2.閃爍探測器

CsI（Tl）、LSO等無機閃爍晶體仍然是粒子和核探測發(fā)展的主流敏感材料。CsI（Tl）晶體在BESⅢ探測器上得到很好的應用，未來可以考慮摻Na和不摻雜的晶體，以滿足高計數(shù)率及其他要求。LSO晶體由于比重大、發(fā)光強、發(fā)光時間短，是目前最理想的探測器閃爍晶體，在ILC及PET等醫(yī)療設備中應用廣泛。摻Gd閃爍玻璃具有造價低、應用廣泛的優(yōu)點，具有極好的未來發(fā)展前景。液體閃爍體是未來中微子實驗的發(fā)展基礎。重點實驗室將基于大亞灣實驗的基礎，發(fā)展新型液體閃爍體。同時將研究與各種光電器件（雪崩光二極管、CCD、EBCCD等）結合的探測器，以提高陣列的空間與能量分辨。既可適用于高能γ射線又適用于低能X射線，可廣泛應用于粒子物理、同步輻射和成像技術，如PET等領域。

3.半導體探測器

半導體探測器在國際上發(fā)展很快，國內(nèi)物理實驗及其應用對此也有大量需求。我國在半導體探測器方面技術和工藝基礎相對落后。重點實驗室準備參加ATLAS和STAR實驗硅像素探測器的改進項目，通過國際合作掌握技術，并逐步開展這方面的自主研究工作。重點實驗室也將與上海微系統(tǒng)所合作，逐步開展SOI型硅探測器的研究工作。重點實驗室將在高能所內(nèi)建一個大型硅探測器實驗室，爭取早日全面掌握硅探測器的設計、流片、邦定技術，并將其應用到空間粒子探測、同步輻射、醫(yī)療設備等其他應用中去。

4.前端電子學

考慮到目前國際上核電子學的發(fā)展趨勢，并結合未來我國粒子物理、核物理，天體物理及各方面應用工作的需要，前端電子學將重點在低噪聲、快響應的前置放大電路、波形數(shù)字化研究、前端專用集成電路（ASIC）等方向進行研究和設計。

專用集成電路芯片（ASIC）的需求，已制約我國核探測技術和應用的發(fā)展，也是目前電子學研究發(fā)展的核心領域。通過建立微電子學研究平臺，并與微電子企事業(yè)單位進行合作，重點實驗室將開展用戶專用集成電路芯片（ASIC）的研制，同時培養(yǎng)年輕設計力量。

結合探測器研究，重點發(fā)展低噪聲前端放大電路，多通道模數(shù)模轉(zhuǎn)換，高性能時間—數(shù)字轉(zhuǎn)換等集成電路；結合ILC的RPC數(shù)字積分電磁和強子量能器的設計和高精度定位的核醫(yī)學成像系統(tǒng)，突出研究多通道成形串行讀出和快速開關電容陣列并行讀出的專用集成電路。

5.大容量數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng)

未來高能物理實驗將具有更高的亮度和更低的截面，有更多的分析和處理任務需要在線實時完成。隨著高速ADC與波形數(shù)字化在實驗中的廣泛使用，對數(shù)據(jù)獲取與處理能力提出了更高的要求。光纖技術、FPGA技術、高速的點對點連接傳輸和多核嵌入式處理器等各種技術已逐漸將觸發(fā)與數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)統(tǒng)一起來。因此有必要以不斷發(fā)展的電子學、計算機和網(wǎng)絡技術為支撐，開展大容量高速數(shù)據(jù)獲取與處理的研究，進一步提高系統(tǒng)規(guī)模和并行程度，以滿足未來實驗對新一代數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)的需求。

創(chuàng)新的核心是人才，結合研究內(nèi)容和國家重大任務，探測與核電子學國家重點實驗室將每年培養(yǎng)約20～30名博士，同時在這些工作中也會培養(yǎng)、引進學科領域的學術帶頭人，以增強人才實力，更好地為國家建設和安全服務。