他为“悟空”装上“火眼金睛”

日前，中国科学院第三届“科苑名匠”发布活动在京举行，中国科大物理学院刘树彬教授荣获中国科学院第三届“科苑名匠”称号。

他是首批国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”获得者，2020年获得国家自然科学基金杰青项目资助。近年来，他承担了数项国家自然科学基金项目、中科院知识创新工程项目、中科院先导专项预先研究课题等，并作为主任设计师承担了中国科学院先导科技专项暗物质粒子探测卫星唯一有效载荷关键分系统——BGO量能器的研制工作。他还两次获安徽省科技进步一等奖，入选“2018年度中国科学院杰出成就奖——暗物质粒子探测卫星研究集体”主要完成者之一、“中国科学院‘十二五’突出贡献团队”。

· 留校任团队带头人

刘树彬本科就读于中国科学技术大学，在学校“理实交融”的学术氛围中，大学三年级（本科五年制）时他就加入实验室“快电子学”团队，跟着导师参与了一些科研工作，比如给日本高能加速器研究机构（KEK）的BELLE实验研制电子学插件、给国家同步辐射实验室研制加速器束流时序控制系统等。硕博连读期间，还与华为公司合作开展了总线传输、网络测试仪等应用方面的研究工作。

博士毕业后，在导师安琪教授的鼓励下，刘树彬留校承担起了“北京正负电子对撞机升级改造工程”中第三代北京谱仪（BESIII）的研制工作，负责子课题“飞行时间探测器读出电子学系统”。

此后，将近二十年的时间里，刘树彬在新型探测器及前端电子学方法、高精度时间测量、高速高精度模数变换、空间科学载荷高可靠性电子学等方面开展研究。他先后承担了数项国家自然科学基金面上和重点项目、中科院知识创新工程项目、中科院先导专项课题等，研究领域从地面扩展到空间。

· 率队攻克关键技术

暗物质粒子探测卫星（“悟空”号）是我国科学卫星系列的首发星，其科学目标是通过高空间分辨、宽能段的高能电子和伽玛射线观测，寻找和研究暗物质粒子，并有望在宇宙射线起源和伽玛射线天文学方面取得重大进展。

该卫星有效载荷包括塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器、中子探测器4个分系统，其中最核心最关键的就是BGO量能器。刘树彬主要负责通过高能电子或伽玛能谱测量来实现卫星的核心目标——寻找暗物质粒子，可以说，BGO量能器是“悟空”能否发现暗物质粒子的“火眼金睛”。

为满足整星的指标，刘树彬首先带领团队攻克了决定科学目标成败的三大关键技术之一——BGO晶体大动态范围读出；而后历经四年奋战，克服航天任务技术难度大、质量要求高、工程进度紧等重重困难，顺利完成方案样机、初样鉴定件和正样飞行件的研制。飞行件通过验收后，于2015年12月17日随“悟空”成功发射并交付科学应用系统。

因成果意义显著，BGO量能器项目获得安徽省科技进步奖一等奖（2017年度），暗物质粒子探测卫星团队也先后获得“2018年度中国科学院杰出成就奖”“中国科学院‘十二五’突出贡献团队”等一系列表彰。对刘树彬来说，比起获奖更让他感到有意义的是能有机会参与到这件事上来。“其实地面的工程经验与航天工程经验有很大差距，探索如何让地面实验中成功的探测器和电子学稳定可靠地在天上运行，这给了我完全不同的体验。”刘树彬说。

· 继续探索攀登高峰

为前沿物理学家提供更好的方法、更先进的技术手段，是刘树彬孜孜以求的目标。为全力实现目标，他马不停蹄奔波在探索的路上。“悟空”号在轨稳定运行后，刘树彬又带领团队加入PandaX合作实验中，试图在位于四川锦屏山的极深地下实验室建造新型低本底探测器，对太阳轨道附近的暗物质粒子进行直接探测。

在科技部国家重点研发计划“基于惰性气体探测器的直接暗物质探测实验”项目支持下，研究工作被分解为四个课题，刘树彬承担了其中课题三——“低本底电子学系统研发”的任务。“这个课题主要是开展高集成度、低功耗的电子学设计研究，以及微弱信号的测量误差优化研究。读出电子学为粒子物理、核物理的实验研究提供了必须的方法和手段，所以课题三对其他几个课题有重要的支撑作用。”刘树彬介绍。

在领衔的国家自然科学基金重点项目“成像型电磁量能器关键技术研究”中，他带领团队面向未来电磁量能器极细颗粒度需求，开展关键技术预研，调研各种可行的技术路线，进行探测器选型及相应的读出电子学设计，并组成原理样机，进行宇宙线、加速器束流实验。通过开展这些研究，刘树彬期待实现这些目标：掌握模拟式、数字式成像型电磁量能器的应用设计方法，为我国未来加速器物理实验或空间粒子物理实验中电磁量能器设计提供可能的技术选项，并且为培养熟悉此领域研究工作的优秀人才贡献一份力量。

谈到肩上的任务，刘树彬坦言：“虽然过去在某些方向取得了一点成绩，但随着国家持之以恒加强基础研究投入，前沿基础学科对电子学系统的需求越来越多，担子越来越重。同时，和国内很多研究领域类似，我们和国际先进水平还是有一定差距的，也面临很多技术难题。作为研究型大学的一员，除了响应国家号召大胆创新、努力攻关，也要发挥团队的优势，培养更多、更优秀的新人掌握关键核心技术，并传承发扬老一辈科学家的精神。”

来源：中国科大新闻网、《新安晚报》

扫描二维码关注

中国科大本科招生各官方平台，

了解更多最新信息

还可以通过消息、私信或者留言进行咨询

微信公众号

微信视频号

新浪微博

哔哩哔哩

抖音视频

快手视频

推荐阅读