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同步辐射光源能够为多个学科领域的研究提供先进的实验手段。各学科领域的需求多种多样,意味着需要探测的信号,以及探测的条件也是多种多样的,故而同步辐射上使用的探测器类型非常多。同步辐射实验探测的粒子,大部分是在X射线、真空紫外波段的光子,也有一些探测电子或者其它粒子的需求。随着同步辐射光源的发展,能够实现二维信号采集的阵列探测器使用的范围迅速增加,逐步成为同步辐射上使用的主流探测器。
同时,同步辐射光源是用户装置,这意味着探测器的使用者大多数并非探测器的专业人员,因此需要的探测器是一种相对成熟的产品,而不是简单的样机。由于种类繁多,技术状态要求成熟,因此研发的难度高,需求的资源都很大,相对市场也较小。长期以来,同步辐射光源的探测器是自主化、国产化程度最低的设备之一,对于我国光源的可持续发展是一个严重的隐患。
在十二五期间的“高能同步辐射光源验证装置”和十三五期间的“高能同步辐射光源”建设项目中,我们持续开展了包括X射线像素阵列探测器在内的系列探测器的研发。从传感器、电子学芯片的设计,制造,封装,探测器刻度和表征,到系统集成和用户接口,掌握了全流程的关键技术。所研制的X射线像素阵列探测器已经在高能同步辐射光源(HEPS)的生物大分子晶体学线站上使用。在半年多的时间内,探测器使用状态稳定,收集了多套蛋白质晶体衍射数据,解析了多个结构提交到PDB数据库,证明了该探测器的性能完全能够满足同步辐射线站的使用需求。其它类型的探测器也成功在HEPS上正式投入运行。
为了应对未来同步辐射光源更高的使用需求,以及保证探测器的自主化、国产化,高能物理研究所也制定了探测器的发展规划。已经成熟的X射线像素阵列探测器将进一步拓宽使用范围,在使用中迭代提高,同时开展高帧频读出的探测器研制、高能X射线探测器的技术研究,实现同步辐射光源上X射线探测器的技术自主化。