近日，中国散裂中子源（CSNS）探测器团队利用自主研制的磁控溅射大面积镀硼专用装置，成功制备出满足中子探测器需求的高性能大面积碳化硼薄膜样品，单片面积达到 1500mm × 500mm，薄膜厚度 1 微米，全尺寸范围内厚度均匀性优于 ± 1.32%，是目前国际上用于中子探测的最大面积的碳化硼薄膜。

据了解，经过多年技术攻关和工艺试制，团队攻克了溅射靶材制作、过渡层选择、基材表面处理等对镀膜质量影响大的关键技术，利用该装置制备了多种规格的碳化硼薄膜，并成功应用于CSNS多台中子谱仪上的陶瓷GEM中子探测器，实现了中子探测器关键技术和器件的国产化，为接下来研制更大面积的高性能新型中子探测器提供了强有力的技术支撑。

十年磨一剑研发散裂中子源探测器

基于硼转换的中子探测器因其优异的性能已成为当前国际上研究的热点，随着CSNS二期工程即将启动，拟建的中子谱仪对大面积、高效率、位置灵敏的新型中子探测器需求紧迫。

如何制备出高性能中子转换碳化硼薄膜是其中最核心的技术？目前也只有美国、欧洲等少数几个发达国家和地区掌握了该项技术。2016年在核探测与核电子学国家重点实验室的支持下，CSNS探测器团队与同济大学朱京涛教授合作，开始研制一台磁控溅射大面积镀硼专用装置，镀膜厚度范围为0.01~5微米，同时支持单、双面镀膜，支持射频和直流镀膜。2021年6月，该装置通过了验收并投入使用。

但真正改变进口依赖局面，还是要从首台中子探测器说起。中国散裂中子源（CSNS）探测器系统研发团队，用了整整十年时间，研发出我国拥有自主知识产权的中子谱仪的“眼睛”——探测器，彻底改变了中子谱仪探测器依赖进口的局面。

散裂中子源是利用中子散射手段，探测物质微观结构的大科学装置。简单地说，它是一个观察微观世界的工具，就像一台“超级显微镜”，用中子探测来研究DNA、结晶材料、聚合物等物质的微观结构。如果将散裂中子源工程比做一台超级显微镜，那么中子谱仪就是显微镜的核心部分，而探测器则是中子谱仪的“眼睛”，用来发现样品的微观结构，甚至直接关系到中子谱仪建设的成败。

但如此重要的一个部件，核心技术却掌握在国外手里。如果使用国外的探测器可以减少大量的研发时间和成本，但将完全依赖国外技术，哪怕是一根电缆出现问题都需要对方的技术人员才能处理，这将使得项目的建设处于十分被动的局面，对国家安全也是一种威胁。出于种种考虑，从2007年开始，研发出拥有自主知识产权的探测器，便成为摆在该团队面前的首要任务。

2007年，整个CSNS项目进入起步阶段，从2007年到2011年，团队成员都在为组建团队而奔波。 “从事科研工作，更重要的一点还是要耐得住寂寞，毕竟开展一项试验，百分之九十几都是在做准备工作，成功只是最后的一个结果，准备的过程尽管枯燥，但却决定了试验的成败”，成员之一孙志嘉说。

唯有坚持创新，才能牢牢掌握科技发展的主动权。孙志嘉和他一手组建的团队逐渐组建壮大起来，在6年的研发时间里，他们吸收北京正负电子对撞机探测器的多项研制技术，也在“核探测与核电子学国家重点实验室”的支持下，开展了大量的研究工作，解决了一项又一项工艺技术问题。2017年11月，在CSNS中子谱仪第一次中子束调试中，孙志嘉团队自主研发的探测器顺利达到了预期指标，探测器各项性能均达到国际一流水平，彻底改变了我国中子谱仪探测器依赖进口的局面。

散裂中子源：一束不平凡的“光”

从2018年通过验收时的20kW，到2020年的100kW并不是一蹴而就，团队成员孙纪磊表示，为了实现100kW的束流功率，他们先后设定了50kW和80kW的目标，“束流功率每上升一个台阶，都需要经过一个长时间的集中调束。”每次冲击新的束流功率，几乎意味着团队成员需要从零开始调试设备。

在集中调束阶段，需要有调束人员24小时守在仪器面前探索、调整参数。作为CSNS束流测量系统负责人，孙纪磊有时凌晨三四点接到同事的电话，与他讨论设备出现的故障问题。在2020年2月份加速器束流调试冲击100kW的关键阶段，孙纪磊和他的同事们通过近一个月的不懈努力，终于在2月28日圆满完成了任务。

目前，我国拥有世界第四台脉冲式散裂中子源，是发展中国家中的首台，但与其他三个国家——美国、英国、日本的散裂中子源相比，起步最晚，因此也存在一定差距。在束流测量方面，目前已经完成了重要的测量手段研发，但在更直观、更精确的新型探测器研发方面，中国还需奋起直追，这也是孙纪磊和其他CSNS工程科研人员目前最重要的任务。

CSNS在2018年通过国家验收后，孙纪磊带领团队设计完成的非拦截式束流剖面探测器，是国内首套基于电信号采集的非拦截式束流剖面探测器。这也是CSNS核心设备国产化的成功探索，将为CSNS的功率提升提供有力的测量手段和技术支撑，为我国材料科学技术、化学化工、资源环境和新能源等提供先进的科研平台。此型探测器有望推广应用到国内更多的强流质子加速器上，提升我国在该技术领域的国际话语权。

目前，随着南方光源研究测试平台项目的推进，光源的相关研究工作日趋紧迫，孙纪磊继续在新的科研领域开拓进取，开始了南方先进光源预研的技术攻关工作。

孙纪磊说自己的工作专业面比较窄，就是在对“一束光”（质子束流）进行不断的探索和研究。但这束“光”对孙纪磊来说是充满了魅力的，“我可以做各种各样的探测器，测量这束光的位置是一种类型的探测器，测量光强是另一种探测器，不同的探测器还有不同测量方法，在这个领域的工作是永远都做不完的，永远都有新的探测手段，在等着你去开发。”

中国散裂中子源团队中的娘子军

中国散裂中子源（简称CSNS）是国家“十二五”重点建设的重大科技基础设施，是我国首台、世界第四台脉冲式散裂中子源。装置自2018年8月通过国家验收、投入正式运行以来，围绕国际科技前沿和国家重大需求，已取得多项成果，为我国材料科学技术、化学化工、资源环境和新能源等提供先进的科研平台。

在中国散裂中子源人员建设队伍中，有这样一个团队，超过半数科研人员为女性。中国散裂中子源探测器及数据获取团队组建于2010年，团队目前共15名成员，其中9名为女性科研人员，占比60%。是目前我国专业能力最强的综合型中子探测器及数据获取研发团队之一。在CSNS建设期间，探测器及数据获取团队成员充分发挥党员先锋模范作用，加班加点，刻苦攻关，大胆突破，研制出了多个国内首例工程化设备，技术指标均达到国际先进水平，国产化率超过90%，成功解决了中子探测领域核心技术的“卡脖子”问题。

探测器及数据获取系统是CSNS的关键核心设备之一，主要作用是实现对中子位置和时间信息的实时测量。中子谱仪要实现对样品物质结构的探测，必须辅助以高性能中子探测器，来实现对看不见、摸不着的微观粒子---中子的探测。因此，中子探测器也被誉为“中子谱仪之眼”。

因中子探测的技术难度高，国内缺乏相关的技术积累，在CSNS建设初期，探测器及数据获取系统长期受制于发达国家的技术封锁。面对技术难度高、风险大的挑战，探测器及数据获取团队成员从零开始，通过查阅大量文献、与国内外专家研讨、反复实验，大胆突破，先后攻克了涂硼GEM、高气压MWPC、闪烁体探测器、ASIC高集成电子学等多项关键技术，研制出多个国内首例工程化设备，并实现设备关键技术指标和综合性能达到国际先进水平，整体设备的国产化率超过90%，成功解决了该领域核心技术“卡脖子”的问题。

2018年8月，CSNS顺利通过国家验收，专家组在出具《国家重大科学基础设施散裂中子源项目国家验收意见》时，给予探测器及数据获取团队高度评价，重点指出“自主研发了大面积波移光纤闪烁体中子探测器和电子学系统的高性能专用集成电路（ASIC），成功应用于通用粉末衍射仪；探测器实现了44mm2的高空间分辨率，达到目前国际同类探测器的最好水平。”

CSNS作为我国首台脉冲式散裂中子源，是当之无愧的“国之重器”。中国散裂中子源探测器及数据获取团队目前已完成CSNS一期三台谱仪上国产中子探测器的研制。CSNS在2018年通过国家验收后，也仅用一年半时间，便全面达到设计指标，在国际同类装置中所用的时间最短，装置运行效率超过90%，达到国际同类装置的先进水平。