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获奖编号:
获奖名称: 大尺寸高纯二氧化碲单晶及两次生长制备技术
获奖名称英文:
登记人:
登记人英文:
开始日期:
结束日期:
获奖题目:
获奖题目英文:
成果介绍英文:
主要完成人: 葛增伟      
主要完成人英文:
完成单位:
完成单位英文:
获奖类别: 上海市技术发明二等奖
获奖等级:
获奖时间: 2010
授奖部门: 上海市人民政府
成果介绍:

  本项目属无机非金属人工晶体研究领域。 

  暗物质是目前宇宙研究领域的最前沿。解开暗物质之谜将是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论以及量子力学之后,人类认识自然规律的又一次重大飞跃。而通过探测暗物质湮灭所产生的中微子等次级粒子是认识暗物质本质的有效途径。目前,双β衰变为探测中微子的绝对质量与性质提供了唯一的实验方法。 

  在所有的双β衰变源中,130Te的自然丰度最高(33.49%),可以避免耗时而且价格昂贵的浓缩过程,因而二氧化碲(TeO2)晶体是探测中微子的首选材料。由世界众多顶尖科学家共同合作的大型科学项目CUORECryogenic Underground Observatory for Rare Events,低温地下观测稀有物理现象)正是准备利用总重量达750kg1000TeO2晶体作为辐射量热器来探测中微子的绝对质量与性质。 

   为了达到探测中微子的目的,TeO2晶体需要满足极为苛刻的条件:其尺寸不能小于50×50×50mm3238U232Th的含量需低于3.0×10-13g/g(超出了目前绝大部分仪器的检测限),同时还需要具备无气泡、无包裹体、无裂纹等光学质量要求。 

   国际上许多单位(如美国的CTI (Crystal Technology Incorporated)公司)曾参与了大尺寸高纯TeO2晶体的研制,但均未成功。本项目根据TeO2晶体生长过程生长基元进入晶格位置实现自组装,形成排杂效应,提高纯度的原理,首创了两次生长工艺制备高纯晶体的技术,并通过对下降法生长工艺中升温工艺和降温技术的重大改进,成功生长出了满足要求的大尺寸高纯TeO2单晶,其238U的含量为1.8×10-14 g/g232Th的含量为5.5×10-14 g/g。两次生长制备技术国际首创(已申请国际专利),晶体纯度指标未见国内外的文献专利报道。 

   经过全球范围的筛选,CUORE项目的科学家最终确定仅我所生长的大尺寸高纯TeO2单晶满足要求,并于20081月与我所签订了1000TeO2单晶的合同(意大利INFN和美国加州大学各500块),仅这一项目将为我国创汇400-500万美元。 

   中微子是宇宙中无处不在、数量极大的基本粒子。我所利用独创的两次生长制备技术和重大工艺改进生长出的大尺寸高纯TeO2单晶,完全满足中微子探测的要求,为深入研究中微子的特性,解开暗物质之谜,揭示宇宙规律创造了有利条件。目前,CUORE项目是中微子与暗物质探测领域的引领项目。我所作为该项目所需关键材料的独家提供方,极大地提升了我国的国际影响力。同时,对国内即将开展的小规模暗物质探测具有指导意义,为以后国内外大型暗物质探测项目的开展起到积极的推动作用。 

   本项目利用技术创新,成功实现了赶超世界先进水平,开拓新的应用领域的目标。相关成果(大尺寸高纯TeO2单晶)具有良好的社会效益和经济效益,其核心授权专利已获2009年国家专利优秀奖。同时,该成果还具有良好的应用前景,已成功入选2010年上海市重点新产品计划。 

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