射线束技术教育部重点实验室（北京师范大学）简介
1993年12月经国家教委批准，以北京师范大学核科学与技术学院（北京市辐射中心）为依托，建立国家教委射线束材料工程开放研究实验室。1994年6月召开了开放实验室成立大会和第一届学术委员会，审批了第一批13项开放研究课题，自筹资金试开放。1995年11月经国家教委批准正式对外开放。1999年经学术委员会建议和教育部批准更名为射线束技术与材料改性教育部重点实验室。2017年9月28日通过教育部组织的射线束技术教育部重点实验室论证会，开始射线束技术教育部重点实验室的筹建阶段。实验室现任主任为张丰收教授，副主任为孙天希教授，学术委员会名誉主任为王乃彦院士，学术委员会主任为欧阳晓平院士。实验室秘书：迟智军。 07!1qR8.4af,=7i
实验室有一支高素质的学科建设梯队，目前固定人员58名，其中24人具有正高职称、12人具有副高职称，其中院士2名、杰青2名、新世纪人才2名，湖南省科技创新人才1名。 i2=4cv,~5kg6?8F
实验室主要有5个学术方向，分别为离子束技术及应用，X射线调控技术及应用，材料表面改性及服役安全，辐射技术、辐射探测及应用，粒子物理与原子核物理若干前沿问题。其中特色显著的研究包括： R2!9MB1?1bj8+7X
1) 强流离子束技术、离子注入和金属材料表面改性 X4+1BM8;6KC3=7n
2) X光调控技术及应用 O9?9pO8?9nm1?3Y
3) 新型微电子材料与器件研究 O7;,Ca8;5Zc4-6G
4) 等离子体微弧氧化技术及其应用 O2-6BA6;50S6?8z
5) 辐射物理与应用 b5-6Qm,+3Gk,~,u
6) 粒子输运、非线性物理和凝聚态理论 E12fH4?1IY7-8l
本实验室是全国最早开展离子注入材料改性研究的单位，在注入离子的种类、能量范围、束流强度、注入工艺、和改性机理等方面始终保持优势，相关研究成果得到国内外同行的广泛认可。在国家863项目连续四个五年计划资助下发展起来的MEVVA源已成为材料表面研究和加工的有力工具，荣获国家新产品证书，形成了系列产品，被内地和港台30多个大学、研究所和企业引进，用于表面界面物理和工业应用研究。该领域研究成果获国家自然科学三等奖1项，教育部和北京市科学技术进步奖8项。 C1;1rQ3;3FP95d
本实验室是国际上最早开展毛细管X光透镜研究的机构之一，也是我国唯一开展毛细管X光透镜研制和应用开发的科研单位，研发了汇聚束透镜、平行束透镜、微汇聚束透镜等多种型号的整体X光透镜。其中，汇聚束透镜能将X光的功率密度提高3个量级，在微区分析中将探测限降低到10-13g；平行束或微汇聚准平行束透镜可将X射线强度提高上百倍。X光透镜的研制使人类对凝聚态物质的分析研究能力取得突破性进展，产品已销往德、荷、美、日等国家的大公司、高等院校和科研院所。“整体X光透镜”及相关成果荣获国家新产品证书，国家科技进步二等奖，教育部科技进步一等奖，并获德、荷、美三国以及我国多项发明专利授权。 l2?6wC3.8Ex9-,d
本实验室是国内最早开展离子注入半导体改性以及半导体元器件的离子注入工艺研究的单位之一，曾经在半导体离子注入技术及其在半导体器件中的应用、白光快速退火技术、GaAS MESFET、GaAS/AlGaAs HBT、穿通型GaAs/AlGaAs HPT、侧面入射条形X光探测器以及高纯区熔硅光晶体管等方面开展过深入的研究工作。实验室建有一条专门研制和小规模生产硅基半导体探测器的1英寸至4英寸工艺流水线，洁净实验室面积200m2，洁净室级别为万级至百级。近年来实验室主要从事新颖半导体器件物理及技术、半导体光电子学、半导体辐射探测器及相关电子学、弱光探测技术及应用方向的研究工作。重点研究和开发硅基半导体探测器，包括掩埋双pn结（BDJ）波长探测器、硅漂移探测器（SDD）以及硅光电倍增器（SiPM）等。 o9+1sg4.8lq6+6j
在国家863和国家自然科学基金等项目的支持下，本实验室发展起来材料表面处理技术——铝、镁、钛等金属和合金的微弧氧化技术，该技术可以大大提高铝、钛、镁等金属和合金零部件表面的硬度，以及防腐、耐磨、延寿等性能，在军工、纺织、化工、汽车、电子、航天航空、医疗器械等领域有广阔的应用前景。本实验室研制的微弧氧化设备已经安装到中国材料表面科学技术中心、中科院兰州化学物理所等单位，成为材料表面处理的有力工具。近年来实验室积极开展燃料棒锆合金包壳的微弧氧化处理工作，开展了等离子体电解快速渗碳氮硼及多元共渗技术和阴极等离子体电解氧化探索，大力拓展等离子体微弧材料表面改性的研究方向。 o9=2WX7!5vv,2m
本实验室拥有电子、离子、X射线、γ射线等多种类型的辐射装置，在BF-5电子直线加速器上还建有1台微秒级脉冲辐解装置，在辐射物理、辐射化学、辐射生物学及辐射技术应用中取得多项成果，荣获国家科技进步三等奖1项、教育部和北京市科技进步奖10项、发明专利1项。 K1~4dZ5~7af8-5L
以黄祖洽院士为学术带头人，本实验室在中子输运、浸润相变、等离子体物理、强场物理、强关联多电子系统、磁性材料、高温超导材料、金属表面缺陷、半导体量子点和量子线、非线性、分形物理等领域的理论研究中荣获过国家自然科学三等奖、教育部一等奖、教育部二等奖、和求是基金奖。 j2.,si9:8gj2=8T
科研成果
科研项目
近5年来，重点实验室获得多项科研项目，具体如下：2010年新立科研项目 24 项，批准经费 668.65 万元；2011年新立科研项目 29 项，批准经费 763.978万元；2012年新立科研项目 24 项，批准经费 755.52 万元；2013年新立科研项目 18项，批准经费 674.4 万元；2014年新立科研项目 13 项，批准经费 583.332 万元. q95mS6-1AE9;9D
论文与专利
近5年来，重点实验室发表文章共计409篇,其中SCI 298篇, EI 40篇,其他 71篇；申请专利共计29项，其中发明专利19项，实用新型专利10项；著共计3项。 Y,?6kW3+6gl9:1s
代表性成果
代表性成果一： q8?2pb6-,bl8=2V
2012年大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡，测量到中微子振荡参数θ13。这一发现科学意义重大，对确立中微子三代混合模型，对未来中微子振荡实验的发展方向，对正反物质对称性破坏及中微子质量层次体系的确立都有着重要的意义。 x5;,ZA6:,Eh8-3y
北京师范大学是最早参加大亚湾核中微子实验的国际合作组单位之一。多年来，核科学与技术学院的中微子研究组在王乃彦院士和郭新恒教授的领导下，积极参加大亚湾实验，在大亚湾实验光电倍增管的测试工作、探测器液体闪烁体的性质研究、大亚湾实验的运行、与大亚湾中微子实验相关的理论研究等方面为大亚湾实验做出了重要贡献。北师大中微子研究组与中科院高能所等单位一起承担了国家基金委重大、重点、面上等基金项目，在国内外一流物理刊物上发表多篇研究论文。 i,;9do,~4rx3+1A
我院中微子研究成果被列为我校“211工程”十大代表性成果之一。 S6=8MY2;3lR5!9C
F.P. An et al., Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay,Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 171803 C16qA5;4Ao6+4o
代表性成果二： L4=5pc6+8dy2~8m
北京师范大学核科学与技术学院强流金属离子注入（MEVVA源组）和磁过滤等离子体镀膜（FAD）的技术研究和应用开发方面有超过二十年的历史，研发水平目前处于国内领先、国际先进的水平。这种复合技术利用离子注入对材料表面进行清洗、增强，再通过磁过滤沉积进行镀膜，可以得到与基体结合非常牢固的薄膜。因此该技术特别适用于具有特殊要求的各种精密零部件、工具、模具的表面处理。在军工、精密加工等多方面有广泛的应用前景。本单位是全国最早开展离子注入材料表面增强技术研究的单位之一，至今在注入离子的种类、能量范围、束流强度、注入工艺，改性机理等方面有着明显的优势，且一直得到国内外同行的高度认可。本组研制的离子束增强镀膜设备已经运行在全国各地以及港台30多个大学、研究所和企业，共计95台。2005年MEVVA-100型强流注入机通过了技术成果鉴定，鉴定意见认为该设备“是目前世界上单源束流功率最大的金属离子注入机，处于国际先进水平”。先进镀膜技术的一项应用也在2006年通过教育部主持的鉴定，认为:“研究成果具有创新性，明确的研究目标和广泛的应用前景，对促进我国战略武器的发展具有重要意义，该研究成果达到国际先进水平。” t4!6zM8;2fk6!2i
1988年始开展MEVVA 离子束技术和磁过滤等离子体沉积镀膜技术及其应用研究，获得了连续四次国家“863”项目支持。研究内容包括MEVVA 离子源技术、MEVVA 强流金属离子注入材料表面改性技术、脉冲和直流磁过滤等离子体沉积技术的研究，MEVVA 离子注入机、磁过滤等离子体沉积镀膜机、MEVVA 离子注入与磁过滤等离子体沉积复合机的研制开发，相关技术和设备的应用研究和应用工艺开发和推广。对磁过滤真空弧沉积金属，金属氮化物，非晶金刚石膜等的制备工艺，组织结构和性能都进行了系统的研究。采用磁过滤真空弧技术和MEVVA 源离子注入技术在重要的军工产品的关键件表面制备了高性能的非金刚石膜层，显著提高了其性能指标和使用寿命，在军事工业中有较好的应用前景。对在铝基复合材料表面进行氮化钛和类金刚石膜表面改性也进行了大量的研究，也取得了良好效果，本组在国内外期刊上发表论文近二百篇；主持过15项国家自然科学基金，4项教育部课题和5项中央高校自主科研基金； 15项横向项目。 r99rj,~2kO9!5c
代表性成果三： I5?8Ls3.3tr8-9J
北京师范大学核科学与技术学院从1990年开始研发毛细管X光透镜，是目前国内唯一、国际最早开展毛细管X射线聚焦技术研究的单位之一。1998年曾获得教育部科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。并先后取得包括美国、德国和荷兰等国内外30余项专利授予权。2009年之后，北京师范大学X光学实验室在XRF、XRD、XAFS、X光学成像以及考古等方面取得了较大的突破和进展，同时在国内外著名期刊中发表了多篇高水平论文。 y3~3Hi,:,hB9?9X
目前承担的科研项目包括：国家重大科学仪器设备开发专项子课题、国家自然科学基金、北京市科技计划课题、北京市自然科学基金、教育部新教师基金等支持。 E4~2Hx3;5fJ2:6s
代表性论文包括： f1~4qq4!4iz5:4G
Application of a conic glass monocapillary in Beijing synchrotron radiation facility, 2014 h8.7Qf2!3Qy4!6Z
Application of a polycapillary x-ray optics in high pressure XAFS,2013 C7.3XR4,ii7+,a
毛细管光学元件在北京同步辐射实验站的应用（一） e7+2kf5;,kf8?,N
同步辐射是继爱迪生发明的电光源、伦琴发现的X射线以及科学家们研制成功的激光之后，深刻影响人类生活和发展的第四种革命性光源。2010年以来，北京师范大学X光学实验室和中科院高能所合作开展了对当代科技具有重大意义的同步辐射光源的毛细管应用研究工作，并取得一系列重要研究成果。 F19do6+4qw9:8J
毛细管X光透镜在北京同步辐射荧光微分析站的应用 c6;4cK1?6AQ5~4O
毛细管X光透镜 通过提高亮度进而降低μ-XRF的检测限。对超纯材料中杂质及沿表面层深度的分布和水、液样、生物体液、细胞元素谱等痕量分析极有价值。目前已取代该站原来美国进口KB镜，实现5－18keV能量范围的μ-XRF和μ-XAFS联合实验，其中μ-XRF检测限从过去的几十ppm降低到1ppm。目前已完成了包括973、863、国家基金重点和中科院重大项目在内的60余项课题实验。 O4~2vn7!1kz4.8I
代表性项目如下： P7?4Is5=4Mq3~3Q
重金属污染土壤植物修复的茎叶切片（973项目） E27iS,:7JE5=,T
食品毒害严重的农作物重金属污染和常量金属失恒机理及基因工程去富集修复（863项目） B3;3nt5;6Be4!1C
人肿瘤组织特异元素依赖和输运机理（国家基金重点项目） r2;4tX6.3xa1-8W
湖底古沉积物层分析与古气候变迁（中科院重大方向性项目）等国家科技和经济发展急需解决的课题。 e26nv2:7bq9-2s
毛细管光学元件在北京同步辐射实验站的应用（二） d6.2wZ,;8DL1;2E
毛细管X光透镜在高压XAFS的应用 m9;7MR,=7ja5;8r
毛细管X光透镜可以抑制基于DAC的高压XAFS产生的金刚石衍射干扰并抵御DAC对低能端X射线的吸收。北京师范大学X光学实验室在国际上首次优化设计并研制了用于高压XAFS的多毛细管，解决了困扰高压XAFS的世界难题，成功将北京同步辐射的高压XAFS的能量下限由7keV扩展到6keV，能量上限由10keV提高到17keV，大大扩展了北京同步辐射装置高压XAFS研究的能量范围。 h1~9Qx12IT7.5F
为了能更好抑制吸收谱实验的高次谐波并进一步拓展高压XAFS的能量下限，X光学实验室又陆续研制了两种不同特点的具有抑制高次谐波功能的毛细管X光透镜。并在BSRF的XAFS实验站（1W1B）进行了Cr2O3粉末K吸收边的高压XAFS实验。结果表明，基于DAC的高压XAFS实验能量下限再次被拓展至5.4KeV。 b7=9vo2=3Fs6-,M
毛细管光学元件在北京同步辐射实验站的应用（三） I7~8eT1~3wf3=10
锥形单毛细管在北京同步辐射生物大分子站的应用 V1+,KP6=8CG5~4u
锥形单毛细管光学元件的最大优势是可以得到较小的焦斑尺寸同时保证有较小的发散度，因此适合于生物大分子衍射领域。北京师范大学X光学实验室在国内首次为生物大分子站研制了2个适合生物大分子衍射的锥形单毛细管，使用锥管后的衍射强度提高4倍多，衍射峰位偏差最大的(200)晶面仅为0.042%。该元件最高传输效率达到92%，性能已达到国际先进水平。 g8~3Lg5=1ER6;8g
无锥管衍射花样有锥管衍射花样 g65vq26PK6!1y
代表性成果四： I7;9mc2;6Fx6?6V
硅光电倍增器（SiPM）研发:硅光电倍增器（SiPM）是一种新型高灵敏半导体光探测器，在核医学成像（例如PET-正电子发射计算机断层扫描）、核辐射探测及成像检测（探测伽玛、中子辐射经闪烁体发出的荧光信号）、环境监测、生物医学及测试分析等弱光探测领域，正逐渐替代传统的光电倍增管（PMT）。我们实验室是国内最早和目前唯一开展SiPM器件研制和生产的单位，所研发的外延衬底体电阻淬灭SiPM，具有微单元密度高、动态范围大、恢复时间短、响应速度快及成本低等优势，是当今有代表性的SiPM器件结构之一，在核辐射探测及成像检测方面有非常广阔的应用前景。 f,?7Zs3=4HB3!5q
代表性成果五：碳纳米管、石墨烯及其复合纳米材料的室温开关性能研究 i8?8DW7!3OR2:5t
纳米材料与技术实验室 o3.3Oj5;5Ye2.6v
纳米流体，是一种性能优异的高效传热介质，具有传热效率高、性能稳定和制备工艺简单等诸多优点。碳纳米管、石墨烯作、碳纳米片层为纳米材料领域的优秀代表，具有极好的物理、化学和机械性能，也是制备纳米流体最为常用的填料之一。本课题组与MIT陈刚教授合作，提出了室温相变开关复合材料的概念：即将碳纳米材料的优良电导、热导特性和某些液体的室温（0～40°C）相变特性结合起来，利用相变过程中晶粒的生长会把液体中的碳纳米材料推到晶界上的特点构造新型的室温相变开关复合材料。图1通过两片石墨片层与十六烷的液体体系展示了这种复合材料的工作原理，纳米石墨片由于16烷基液的结晶产生的压力而导致了其在基液相变点处的电导开关比分别达到了2个数量级。 L,~,bZ,;1rD7-9v
开放与交流
国内外交流
近五年来,射线束技术与材料改性教育部重点实验室积极开展了国内外学术交流。 E2!6Mo9,RD9!6r
开放课题
遵照教育部重点实验室实行“开放、流动、联合、竞争”运行机制的原则，实验室每年设置一些开放课题。国内外科学工作者可在上述研究方向或相近的研究方向提出课题申请，经实验室学术委员会审议批准后立项资助。 N3-3RT4+3Es7-8b
近5年期间,共有93 项申请课题获得资助,资助经费总计72万元,获资助的 93项开放性课题。 N9:2Ar1.,HD8+1w
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