日前，在广东省江门中微子实验项目地下700米的大厅内，随着探测器不锈钢主结构的最后一个拼装单元吊装合拢，安装工作顺利竣工。在这一过程中诞生了一批拥有自主知识产权的新技术，使我国在中微子研究领域的领先地位得到进一步巩固。
提前预研，打造“钢筋铁骨”
中微子是组成自然界的基本粒子之一，被称为宇宙间的“隐身人”，其神秘的身份吸引着好奇的人们，一大批科学家投身到对中微子的研究中。据了解，江门中微子实验项目是中国科学院（下称中科院）与广东省共同建设的大科学装置，以测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数为主要科研目标，并进行多项与之相关的科学前沿研究。在项目建成运行之后，将成为国际中微子研究中心之一。
“从图纸到安装完成，看到这样壮观的成果，我们的成就感油然而生。”中科院高能物理所（下称高能所）高级工程师何伟告诉中国知识产权报，团队设计、安装的中心探测器不锈钢主结构，将首次应用于大科学装置。“不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，适合作为建筑结构中的重要材料。”何伟介绍，江门中微子实验项目核心探测设备——中心探测器位于地下实验大厅内44米深的水池中央。团队考虑到抗震、抗压等一系列因素，采用直径约41米的球形网壳结构作为探测器的主支撑。这一结构也称作不锈钢网壳，可承载直径35.4米的有机玻璃球、2万吨液体闪烁体以及电缆、防磁线圈、隔光板等诸多关键器件。
“做实验就像制作一道新菜，团队也需要进行提前预研，从而避免在实际安装过程中遇到棘手问题。”对于安装预研的重要性，何伟形象地描述，中心探测器不锈钢主结构，由焊接H型钢通过约12万套高强不锈钢环槽铆钉拼接而成，结构制造精度要求非常高。因此，在研发的前期，研发人员就设想到了不锈钢焊接过程中有可能会遇到的变形、螺纹咬合等问题，并及时进行了专利布局。目前，团队与设计及生产企业协同研发，攻克了诸多工艺技术难题。针对江门中微子实验项目的特殊需求，研制出了高强不锈钢短尾环槽铆钉，创造出不锈钢表面粗化等创新技术，已拥有“一种不锈钢钢结构节点连接的方法”“一种不锈钢钢结构摩擦型高强螺栓连接摩擦面处理的方法”等多件相关专利。
如果说不锈钢主结构是中心探测器的“骨架”，那么，光电倍增管便是中心探测器的“眼睛”。
在高能所的光电倍增管实验室内，一排排整齐排列着的光电倍增管灿若颗颗金蛋，在灯光的照耀下格外炫目。“我们自主研发的光电倍增管是中心探测器的核心探测单元，不同于不锈钢钢结构，它所起的作用是将极其微弱的光信号转化为电信号，再将信号进行放大，以便研究人员进行数据观测、分析等一系列工作，我们常将其比喻为‘黄金瞳’。”高能所研究员钱森表示，如今，应用于江门中微子实验项目的光电倍增管已经完成生产并进行交付，探测效率提高至30%以上，这一成果也让团队成员放下了悬着的心。
增强布局，练就“火眼金睛”
“几个月前，在海拔4410米的四川稻城海子山观测站上，我们团队研制的光电倍增管作为核心器件，同样发挥了重要作用。”钱森感慨道，在早年前，对于我国科学家来说，自主生产这一核心器件还是天方夜谭，时过境迁，如今，我们已拥有了较强的科技竞争力。
“大面积光电倍增管的玻壳要满足苛刻的工作条件，包括高压、高纯水浸泡、极低放射性本底等。同时，玻壳需求数量少，很难进行机械化批量生产。然而，进口的光电倍增管性能不能满足我们的物理需求，且价格高昂。”钱森介绍，在高能所所长王贻芳的带领下，2009年，高能所就开始尝试进行中微子实验用大面积光电倍增管的研发。2009年5月，博士毕业的钱森，在王贻芳的盛情邀请下留在高能所工作，主要负责光电倍增管研发。此后，光电倍增管的研发团队逐渐壮大，相关工作也走上了正轨。
“对于光电倍增管，我们要走不同于其他国家的技术路线。2009年6月，在研制工作真正开始之前，我们就提交了‘一种光电倍增管’这一发明专利申请。3年后，该专利申请获得了授权。同时，我们也在美国、俄罗斯、日本和欧洲等国家和地区进行了专利布局。”钱森对于这件核心专利申请记忆犹新，在确定技术路线后，团队和隆天知识产权代理公司的专利代理师郝新慧多次协商合作，进行专利技术交底书等文件的撰写，最终成功提交了相关专利申请。为了更好地保护自主知识产权，团队和隆天知识产权代理公司建立了长期的合作。
“知识产权是我们后续研发的保障。目前，围绕这一核心专利，我们在光电倍增管以及相关探测器件上，已经拥有了‘一种静电聚焦微通道板型光电倍增管’等系列专利，形成相关专利池。”钱森表示，他鼓励自己的学生在研发之余，学习专利等知识产权相关知识，有的学生在毕业后从事专利代理或者专利审查工作。
如今，钱森团队正在持续进行研发探索，将光电倍增管的主战场从高能物理实验，拓展到医疗诊断、石油勘探、环境保护等应用范围更加广阔的领域。“我们要和国内的企业、高校、研究院所一起，实现技术迭代升级，营造健康的产业生态，使国产的创新成果真正创造价值，被人们认可。”钱森充满信心地说。（刘弘一）
（编辑：晏如）
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