高纯锗探测器、控制电路及核素识别方法

1. 痛点问题

基于高纯锗单晶的高纯锗探测器是目前世界上性能最优秀的伽马能谱探测器，是伽马射线探测领域绝对的“金标”，具有能量分辨率好、探测效率高等独特优势，在国土安全、核电核能、环境保护、基础研究等领域具有广泛的应用。但该探测器制备工艺复杂，国内一直没有形成产品，整个市场一直由国外几家企业垄断。国内也有几家企业销售高纯锗谱仪系统，但都是采购国外的探测器，然后配谱仪、制冷系统，在目前日趋紧张的国际关系下，美国已向我国许多单位禁售相关产品，形成严重的“卡脖子”现象。另外，高纯锗探测器在暗物质探测、无中微子双贝塔衰变等基础研究需求量大，且要求特殊，如全部从国外定制，费用高、周期长、无法避免长途运行带来的宇生本底，不利于我国开展“以我为主”、同时“带动相关技术发展”的基础研究的国家政略。

2. 解决方案

高纯锗探测器制备的核心技术包括：探测器的理论设计、探测器电极的制备、低温/低噪声前端电子学的设计、高静态真空的保持、探测器的制冷及控制等高精技术的组合。

图1 加工过程中的同轴高纯锗探测器

图2 基于小型液氮罐制冷的高纯锗探测器系统器

高纯锗探测器在国土安全、核电核能、环境保护、基础研究等领域都有广泛的应用，目标用户包括核电站堆芯检测、核电站环境实验室、核废料处理企业、核药生产企业、环境监测站、边防口岸、防化兵种、科研院所等等。

根据Markets and Markets研究报告，2022年国际上相关产业的市场约为18亿，按7.1%的复合增长率，到2027年约为25.4亿。目前北美市场份额约为34%，而我国只有不到15%，缺口大，按照存量市场计算，五年后我国的市场能达到4.88亿。

国际上对标的企业从上个世纪七、八十就开始了高纯锗探测器、制冷等相关产品的研发和销售，产品齐全，技术力量雄厚，市场占有率大。但他们对国内某些行业一直禁售，且对核心技术非常保密，一些产品只能返回到在国外的工厂维护，成本极高且费时，对我国的广大用户造成了很大不便。