揭秘中国首颗暗物质粒子探测卫星的“超级视网膜”

中国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”日前成功发射升空。记者18日从中科院上海硅酸盐所获悉，600毫米长的BGO(锗酸铋)晶体好比卫星的“超级视网膜”，它能帮助“悟空”准确收集高能宇宙线粒子和伽马射线光子，用“火眼金睛”窥探宇宙中披着“隐身衣”的神秘暗物质。

据了解，“悟空”是国际上已知观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间探测器，也是中国历史上首颗大型空间探测装置。中科院上海硅酸盐所科研人员为该卫星的研制提供了初样和正样共计640根600毫米BGO晶体，为中国暗物质粒子探测卫星有效载荷的成功研制及其发射提供了重要保障。

中科院上海硅酸盐所陈俊锋博士介绍，“悟空”最核心的载荷是由尺寸为25×25×600立方毫米的BGO晶体和光电倍增管构成的BGO量能器。在整个卫星有效载荷中，BGO晶体的质量占比高达59%，因此，“悟空”也可以被看做“BGO晶体卫星”。

BGO晶体，是与可能的暗物质粒子湮灭产物——高能宇宙线粒子和伽马射线光子作用的直接媒介。陈俊锋表示，由其构建的BGO量能器具有三大突出优点：第一，采用双端读出设计，信号互为备份，可大幅提高系统的稳定性、可靠性；第二，芯片用量和电子学通路数大大减少，相应功耗也显著降低；第三，有效载荷功耗和质量大幅下降。

600毫米长晶体，是卫星有效载荷BGO量能器的唯一候选探测材料。此前，BGO晶体在核医学、粒子物理、核物理、天体物理和石油测井等辐射探测领域应用广泛，但国际上已知最长BGO晶体仅有400毫米，离600毫米还有很大差距。

为确保“悟空”具有最敏锐的物质探测能力，中科院上海硅酸盐所历时两年研究，终于解决了原料处理、生长设备、生长工艺、加工工艺以及性能表征等一系列关键技术与科学问题，不仅填补了相关领域科学认知空白，而且为“悟空”BGO量能器晶体性能指标的确立和数据处理方案的确定奠定了重要基础。

目前，中科院上海硅酸盐所是世界上能研制并量产600毫米超长BGO晶体的唯一供应商，保持着生长BGO晶体长度的世界纪录。(记者王琳琳)