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微光志——江门地下中微子实验基地建设纪实(19)
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2025 年 8 月 15 日 星期 放大 缩小 默认        

微光志——江门地下中微子实验基地建设纪实(19)

    尹继红 著

    签约仪式上,王贻芳依然和往常一样温文尔雅、谈笑风生。只有他自己心里知道,内心的波澜从作出这个决定开始就没有平息过。他知道自己这些支持技术国产化、节省投资的理由在实验成功时会很闪亮。万一遭遇失败,便会变得分文不值。但是,他还是在合同文件上坚定地签下了自己的名字。他相信,上天会眷顾我们的国家、会眷顾我们这些真诚的物理学家、会庇佑每一份无怨无悔的奉献。

    2016年11月25日,合作组在第26次现场会议上宣布:国内首条年产7500只20英寸微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)生产线建成并运行。其核心工艺设备具有完全自主知识产权,属于世界首创。在未来2年内,北方夜视技术股份有限公司将为中国科学院战略性先导科技专项——江门中微子实验提供15000只该产品。那天、那一刻,合作组几十位参与研制的人员,眼睛全湿润了。王贻芳紧紧地握着刘术林的手,一个劲地晃。钱森和司曙光紧紧拥抱,他们的眼泪涌出了眼眶。恍惚中,曹俊看见钱森的头发也白了许多。当年那个刚毕业的小伙子被短短的岁月熬出了沧桑。在金光灿灿的成果面前,再多的付出也是值得的,中国终于有了自己的中微子“猎眼”。他们称之为“黄金瞳”。

    光电倍增管研发项目组成为江门中微子实验12个项目组中率先冲线的团队。

    江门中微子实验项目直接推动了一项由中国拥有核心技术和自主知识产权的高科技产品横空出世,也直接推动了一家高新科技企业的华丽转身。

    北方夜视在签约江门中微子实验的光电倍增管项目后,又迅速拿到了高海拔宇宙线观测站、爱因斯坦探针卫星项目、高能宇宙辐射探测器等项目订单。光电倍增管更为广泛、常态性的应用是在医疗诊断、石油勘探、环境保护等领域。北方夜视已经在开发新的产品,将主战场转移到这些更为广阔的领域。之前的北方夜视南京分公司是中国兵器夜视院集团下属的夜视股份的非法人分公司。如今是一个新的独立法人研发机构,叫北方夜视科技(南京)研究院有限公司。就像王贻芳所说:“江门中微子项目直接催生了一家具有世界领先水平的高科技企业。”

    2020年9月7日,经过11年探索和联合攻关,15000只20英寸光电倍增管检测封装完成,发货至江门中微子实验现场。按照当初的采购合同,光电倍增管项目花了2.7亿元人民币,平均一只1.8万元,比滨松当初的售价节省约三分之二。

    那天,当第一批封装好的“中国造”光电倍增管被送到打石山下时,李小男特意早早地站在了大门口,摘下眼镜擦了又擦。那天,他站在仓库里,取出一只金黄的光电倍增管捧在手里照了一张相。当那一声“咔嚓”响起的时候,那一年大亚湾实验室从日本滨松公司购买光电倍增管的憋屈场面又涌到了眼前。

    在北京,中国高能物理研究所主楼地下那间简陋的工作室里,钱森也通过手机收到了“首批20英寸光电倍增管发往江门”的消息。钱森里里外外转了两圈,突然感觉不知道做什么好,又似乎应该做点什么。于是他拉开自己的背包,将女儿画的一幅画端端正正地贴在了一只晶莹剔透的光电倍增管旁边。画里一轮金色的太阳就像一只闪亮的光电倍增管。12年过去了,“中国造”大面积光电倍增管终于要闪亮登场了;12年过去了,年轻的博士后钱森也已步入中年。

    现在,钱森那间地下工作室的墙上贴满了宝贝女儿的画。那也是他的作品。

    后来,20英寸光电倍增管的数量又增加到两万只。江门中微子探测器的核心元件——光电倍增管彻底实现了“中国造”当家。

    与此同时,高能所研究员何苗和他的同事、副研究员徐吉磊正在频繁地往海南跑。为了让光电倍增管最大限度地铺满整个球体,合作组经过论证研讨后,决定在20英寸光电倍增管的间隙处安装3英寸光电倍增管,共25600只。和钱森同年的何苗是这个小尺寸光电倍增管组组长。这些光电倍增管由中国海南展创光电技术有限公司生产。这家海南公司在行业内名气不大,但生产的产品却名气很大,早已进入国家一些高科技领域。他们的光电倍增管生产线收购自法国,同样具有国际领先水平。2013年王贻芳就亲自带队考察了这家企业,和企业签署了合作协议。这些年,何苗他们有空就往这边跑,协助他们按照江门中微子实验的需要进行技术攻关。当然,这只是何苗负责的一部分工作。真正给予他压力的是防殉爆技术的研发,搞那玩意整出了他满头的白发茬子。

    4、夫妻俩的“宝贝”

    “中国造”20英寸光电倍增管研发成功了,北方夜视的光电倍增管生产线运行了。可事情才完成了一半。接下来的难关依然像一座山挡在面前。2万只20英寸的光电倍增管要泡在水中长达30年,甚至更久,防水封装至关紧要。而这个时候,国内的防水封装技术远远达不到科学家们的要求。日本滨松公司倒是有比较成熟的防水封装技术,可每只3000元的价格,2万只就是整整6000万。抠门的所长王贻芳几乎没有半点犹豫:“我们自己干!”他让秦中华一定要啃下这块硬骨头。

    那一年,秦中华才35岁,刚从德国攻读博士后回来不久,正赶上光电倍增管的研发。他亲身参与、亲眼见证了江门中微子项目带来的“中国造”核心技术的诞生。年轻的科学家心里荡漾着层层波澜。秦中华是湘西凤凰人,美丽的古城赋予了他沉静而又执着的气质。因此,当王贻芳将另一项“中国造”的目标摆在他面前时,他只是轻轻地点了点头。

    就在刘术林、钱森他们的PMT(光电倍增管)研发接近圆满收官的时候,另一个四人小组——PMT测试与防护组成立。这个小组组长是秦中华,组员包括徐美杭、杨艺、谢万,两男两女。其中,杨艺接近退休了。因此,徐美杭称他们这个组为“老弱妇孺组”。而这个“老弱妇孺组”的任务,是对2万只光电倍增管逐个进行技术测试,同时攻克能够满足项目需要的防水封装技术。王贻芳分配给“老弱妇孺组”的任务一点也不轻松。

    一开始,秦中华就领着大家查资料,掌握光电倍增管防水封装的国际标准。他们发现国际上几个大型实验的防水封装失效率在1%—20%之间不等。大家讨论了一下,决定将我们的目标定在失效率不高于0.5%。这一目标定下来后,徐美杭和谢万心里还是很忐忑的。她俩年纪差不多,平时也谈得来,一天到晚就在一起琢磨。她们参考国际上各种比较先进有效的防水技术,设计出了一套她们自认为比较靠谱的方案。刚好当时JUNO有一个小系统需要40只光电倍增管,她们就决定小试牛刀。但是,运行了半年之后,40只光电倍增管的失效率达到了10%。没有达到目标,自然就算失败。徐美杭和谢万很是沮丧。

    秦中华、杨艺坐下来和她们一起分析,最后还是决定找防水专家一起合作。于是2016年下半年,他们在全国各地四处拜访,寻求合作。可是,几个月跑下来,几乎没有成效。人家要不就是不敢接这活,要不就是要价太高,要不就是没时间。总之,每次都是抱着希望离开北京,背着失望回到北京。秦中华开始急得上火了,眼睛里一天到晚充着血丝,嘴巴里老起泡。

    “别瞎跑了,自己干吧!”即将退休的杨艺这时候显出前辈的风范了:“我们高能所干的事情哪一样不是创造性的、突破性的?”

    于是四人小组硬生生地开始齐步从物理专业向机械+高分子专业跨界。他们开始从封装材料入手,按照“防水可靠性,长期老化性,兼容性,超低本底”的要求,重新展开主要封装材料(环氧胶,聚氨酯,丁基胶,热缩管等)的研发,确保每一样的封装材料都达到江门中微子项目的要求。四人小组启动了一项对国内防水封装材料的全面升级提质工程。徐美杭开玩笑地说:“将来我们可以开一家国内最棒的防水材料厂。”

    当然每一种材料都不是四人小组独立研发,他们需要找不同的厂家合作研发。因为只有企业才有生产线呀。有中国科学院的科学家参与研发,这一回,有些企业就敢干,也愿意干了。虽然秦中华他们的要求高、价钱低、需要量也不大,但能为“国之重器”出份力,大家都还是有这份担当的。

    经过两年多的潜心研发,四人小组肩负的两项重要的技术攻关任务都基本完成了。除了防水封装的技术外,水下防殉爆的攻关让秦中华压力更大。光电倍增管内部是真空,一旦一个发生爆炸,水下冲击波会导致一连串光电倍增管爆炸,像被点燃的鞭炮一样,被称为“殉爆”。2001年,日本超级神冈实验注水时,就发生过这样的灾难性事故,损失了8000多只光电倍增管。而江门中微子项目的中心探测器处于地下700米深处的数万吨液体之中。如果发生殉爆现象,由于无法更换,对这个实验的打击将是致命性的。秦中华每念及此,都会有点不寒而栗的感觉。2016年,他开始为解决这一“致命难题”发起攻关。不久,和秦中华年龄相仿的研究员何苗接过了这副重担。

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