序 言

氣體探測(cè)器以氣體作為工作介質(zhì)，通過入射粒子在其中產(chǎn)生的電離效應(yīng)探測(cè)粒子。氣體探測(cè)器作為歷史最悠久的粒子探測(cè)器，起源于十九世紀(jì)末的核物理研究，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，現(xiàn)已具有很多成熟類型，成為粒子探測(cè)器大家族的重要成員。得益于氣體介質(zhì)的特點(diǎn)，氣體探測(cè)器結(jié)構(gòu)靈活，功能多樣，性價(jià)比高，易于大規(guī)模使用，從計(jì)數(shù)測(cè)量和劑量檢測(cè)，到能量測(cè)量，再到精確的位置測(cè)量和快速時(shí)間測(cè)量等各方面都有廣泛的應(yīng)用。

氣體探測(cè)器的發(fā)展和核與粒子物理學(xué)的發(fā)展緊密相聯(lián)。早在1898年，居里夫婦在發(fā)現(xiàn)放射性同位素鐳和釙時(shí)就使用了電離室，氣體探測(cè)器隨后在核與粒子物理實(shí)驗(yàn)的持續(xù)驅(qū)動(dòng)下得到了蓬勃發(fā)展，而氣體探測(cè)器的發(fā)展又極大推動(dòng)了核與粒子物理實(shí)驗(yàn)研究。1968年，法國物理學(xué)家G. Charpak發(fā)明了多絲正比室，實(shí)現(xiàn)了大面積條件下基于電信號(hào)的快速粒子徑跡測(cè)量，這是探測(cè)器技術(shù)發(fā)展中的一次革命，開啟了現(xiàn)代高能物理實(shí)驗(yàn)的大門，G. Charpak也因此在1992年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。氣體探測(cè)器早已超出了傳統(tǒng)低能核物理領(lǐng)域，深入滲透到了核與粒子物理實(shí)驗(yàn)以及核科學(xué)與工程的各個(gè)方面。

以多絲正比室為代表的傳統(tǒng)氣體探測(cè)器由于計(jì)數(shù)率和位置分辨能力上的局限，不能滿足高能物理實(shí)驗(yàn)不斷發(fā)展的需求。通過縮小探測(cè)器電極之間的距離可以克服以上不足，微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器(Micro-Pattern Gaseous Detector)的概念因此應(yīng)運(yùn)而生。1988年，法國物理學(xué)家A. Oed將微電子制造中的光刻工藝引入氣體探測(cè)器制作中，并制作出了第一個(gè)微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器——微條氣體室(MSGC)，開創(chuàng)了微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器的時(shí)代。近三十年來，光刻技術(shù)、微電子工藝和印刷板電路技術(shù)的進(jìn)步極大促進(jìn)了微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器的發(fā)展，各種新的微結(jié)構(gòu)概念不斷涌現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展和完善，目前已發(fā)展出了包括Micromegas、GEM和THGEM在內(nèi)的多種成熟的技術(shù)方案。微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器具有高計(jì)數(shù)率能力、高位置分辨、好的時(shí)間分辨和能量分辨、抗輻照、離子和光子反饋小、能大面積制作等優(yōu)良特點(diǎn)，代表了當(dāng)前氣體探測(cè)器發(fā)展的主流和前沿。微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器的出現(xiàn)是氣體探測(cè)器領(lǐng)域繼多絲正比室后的第二次革命，為氣體探測(cè)器的繼續(xù)發(fā)展開辟了廣闊空間。微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，而豐富多樣化的需求也促使微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器朝著更專用的方向發(fā)展，如低物質(zhì)量、低放射性本底、高低氣壓、閉氣式，以及極高集成度和極高分辨率等。

國內(nèi)經(jīng)過不斷發(fā)展和積累，特別是在大型核與粒子物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的推動(dòng)下，在氣體探測(cè)器技術(shù)研究和應(yīng)用上都取得了相當(dāng)?shù)某煽?jī)并在某些方面國際領(lǐng)先。在傳統(tǒng)氣體探測(cè)器方面，掌握并發(fā)展了包括多絲正比室、漂移室、阻性板室和多氣隙阻性板室(RPC/MRPC)等在內(nèi)的探測(cè)器技術(shù)，并成功應(yīng)用于國內(nèi)外大型核與粒子物理實(shí)驗(yàn)中。例如，北京譜儀實(shí)驗(yàn)的大型圓柱漂移室、基于RPC的繆子探測(cè)器和基于MRPC的飛行時(shí)間探測(cè)器，蘭州重離子研究裝置基于多絲正比室和漂移室陣列的徑跡探測(cè)器和基于MRPC的飛行時(shí)間探測(cè)器，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)基于RPC的繆子探測(cè)器；ALEPH實(shí)驗(yàn)基于自猝滅流光管的繆子探測(cè)器，PHENIX實(shí)驗(yàn)基于RPC的繆子探測(cè)器，STAR實(shí)驗(yàn)基于MRPC的飛行時(shí)間探測(cè)器和繆子探測(cè)器，CBM實(shí)驗(yàn)基于MRPC的飛行時(shí)間探測(cè)器，ATLAS實(shí)驗(yàn)基于監(jiān)控漂移管和窄氣隙多絲室的繆子探測(cè)器以及CMS實(shí)驗(yàn)基于陰極感應(yīng)條室和RPC的繆子探測(cè)器等。在微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器方面，國內(nèi)在探測(cè)器制作與生產(chǎn)、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)和新材料等方面開展了大量工作，掌握了大面積GEM探測(cè)器制作技術(shù)，厚GEM膜的制作技術(shù)和Bulk-Micromegas探測(cè)器制作技術(shù)，開發(fā)了阻性熱壓接Micromegas探測(cè)器制作技術(shù)、高性能類金剛石碳(DLC)阻性電極以及基于熱壓接和DLC技術(shù)的多種新型探測(cè)器結(jié)構(gòu)，探索了特殊基材的使用、GEM膜的制作和特殊形狀的探測(cè)器。在讀出電子學(xué)方面，開發(fā)了微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器通用讀出電子學(xué)系統(tǒng)，很好地滿足了國內(nèi)這方面的需求。與此同時(shí)，國內(nèi)也在積極開展微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器的應(yīng)用研究，相關(guān)領(lǐng)域包括中子探測(cè)、核測(cè)量、輻射成像、X射線偏振測(cè)量、TPC讀出、光探測(cè)、低本底實(shí)驗(yàn)等。值得指出的是，國內(nèi)已經(jīng)開始承擔(dān)關(guān)于微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器的工程任務(wù)，包括CMS實(shí)驗(yàn)的GEM探測(cè)器升級(jí)、BESIII實(shí)驗(yàn)的圓柱形GEM探測(cè)器升級(jí)、PandaX-Ⅲ實(shí)驗(yàn)中TPC的Micromegas探測(cè)器研制及中國散裂中子源的中子譜儀研制等。環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(CEPC)、超級(jí)陶粲裝置(STCF)和中國電子離子對(duì)撞機(jī)(EICC)等我國未來核與粒子物理大科學(xué)裝置項(xiàng)目也都把微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器作為重要探測(cè)器技術(shù)方案進(jìn)行研究。

以微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器為代表的先進(jìn)氣體探測(cè)器無論在基于大科學(xué)裝置的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中，還是在核醫(yī)學(xué)、核能、國土安全與國防建設(shè)、無損檢測(cè)和劑量學(xué)等領(lǐng)域都有著極大的應(yīng)用需求和潛力。在這一背景下，核探測(cè)與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自2011年開始每年舉辦一次全國先進(jìn)氣體探測(cè)器研討會(huì)，為國內(nèi)從事氣體探測(cè)器研究的單位和個(gè)人提供一個(gè)全面交流與討論的平臺(tái)，并共同探討國內(nèi)氣體探測(cè)器的發(fā)展方向和戰(zhàn)略。為了更好地促進(jìn)國內(nèi)氣體探測(cè)器的發(fā)展，國內(nèi)相關(guān)研究單位經(jīng)過深入討論和醞釀后，在2017年11月召開的第七屆全國先進(jìn)氣體探測(cè)器研討會(huì)期間，成立了全國先進(jìn)氣體探測(cè)器合作組。這一合作組依托核探測(cè)與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，設(shè)置有探測(cè)器物理組、探測(cè)器研制組、讀出電子學(xué)組、應(yīng)用組和平臺(tái)組共五個(gè)工作組開展具體工作，旨在推動(dòng)先進(jìn)氣體探測(cè)器及其讀出電子學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)在基礎(chǔ)研究和其他領(lǐng)域中的應(yīng)用，促進(jìn)先進(jìn)氣體探測(cè)器領(lǐng)域的國際合作與交流。合作組的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)國內(nèi)先進(jìn)氣體探測(cè)器技術(shù)整體研發(fā)和應(yīng)用水平的不斷提高，協(xié)同突破關(guān)鍵技術(shù)，早日跨入該領(lǐng)域世界前列。

此次恰逢第九屆全國先進(jìn)氣體探測(cè)器研討會(huì)，有幸與《原子能科學(xué)技術(shù)》期刊合作，將會(huì)議中報(bào)告的先進(jìn)氣體探測(cè)器及相關(guān)讀出電子學(xué)方面取得的最新成果和進(jìn)展以專欄形式發(fā)表，內(nèi)容涉及探測(cè)器模擬和制作、新型阻性電極、探測(cè)器應(yīng)用及有關(guān)讀出電子學(xué)等。相信這將進(jìn)一步促進(jìn)國內(nèi)氣體探測(cè)器研究工作的開展。最后感謝《原子能科學(xué)技術(shù)》期刊對(duì)氣體探測(cè)器研究工作的支持，感謝專欄所有的審稿人和編輯在疫情期間的辛勤工作，也感謝中國原子能科學(xué)研究院李笑梅研究員在這一專欄發(fā)表過程中所做的大量聯(lián)絡(luò)和組織工作。