光电倍增管（PMT）是粒子物理及核物理实验通用的探测器核心器件，其主要作用是将微弱光信号转换并放大为电信号。在大型中微子实验中，主要探测与中微子发生相互作用的液体闪烁体或者纯水发出的极其微弱光信号；但可用于中微子探测的大面积光电倍增管，全世界只有日本滨松公司可以生产，价格垄断，性能多年没有提升；国内仅存的几家PMT生产企业也没有任何研发能力来开发满足高能物理需求的PMT。

自2008年底，核探测器与核电子学国家重点实验室科研人员为下一代中微子实验，发明了一款基于微通道板的大面积高量子效率光电倍增管(MCP-PMT)，并于 2009年启动新型光电倍增管的预研（中科院高能所所创新项目）。此款设计方案，完全拥有自主知识产权，先后获得中国、俄罗斯、美国、日本、欧盟七国的发明专利授权。

图. 新型光电倍增管研制合作组发明生产的20吋光电倍增管

在2011年由高能所牵头，联合国内光电倍增管和微通道板主要的生产企业和研究所，成立“新型光电倍增管研制合作组”，结合研究所和企业的特长，发挥产学研优势，经过联合攻关，与2015年最终研制出量子效率、收集效率和单光电子峰谷比等关键技术指标达到国际先进水平的样管，并通过国际招标得到江门中微子实验（JUNO）75%的订单（15000只20英寸光电倍增管）。2016年完成生产线建设，2017年开始进入批量生产环节，截止2019年底，已经为JUNO成功交付12000只合格的产品。

为促进国产化高性能光电倍增管的可持续发展，光电倍增管合作组通过创新改进设计，进一步提升20吋MCP-PMT的性能，其快时间分辨和低的后脉冲比例等性能进一步适应了大规模宇宙线阵列探测器建造的需求。通过国际招标竞争，成功获得国家重大基础科技设施--------高海拔宇宙线观测站（LHAASO）项目全部20英寸光电倍增管订单，共计2270只。截止2019年北方夜视已完成全部产品交付任务，目前在LHAASO项目中已实现900只装机应用，正在实际执行宇宙线观测任务。

图. LHAASO项目中20英寸微通道板型光电倍增管实际应用图

“中国锦屏地下实验室”是中国首个、世界最深的极深地下实验室，其中清华大学主持的“锦屏中微子实验”需要约1万只8吋光电倍增管，它们将均匀的排布在装有液体闪烁体的容器外面，构成一个探测器阵列，用于探测研究外来的中微子信号。光电倍增管合作组经过前期跟踪和方案设计改进，在原有20吋PMT的基础上，将样管小型化，开发出满足需求的8吋样管。在2019年底，与国际其他光电倍增管生产单位竞争，成功获得清华大学“锦屏中微子实验”项目第一批600只8吋光电倍增管订单。目前，正在组织一系列技术攻关工作，进一步提升产品性能，确保在2021年前完成交付任务。

未来，国家重点实验室将继续协助合作单位北方夜视，在完成为江门中微子实验提供15000支合格样管的同时，积极跟踪国内外潜在用户，尤其是日本HyperK中微子实验项目、中国大型环形电子对撞机CEPC等科学实验，研发并生产系列科学实验用光电倍增管。以真空器件为主，以市场应用需求为依托，突破从大尺寸到小尺寸全系列多品种结构设计技术，大力发展适用于国民经济不同领域特殊需求的高性能光电倍增管，在提升科研能力的基础上走产学研紧密结合的产业化道路，打造国内领先、国际一流的光电倍增管产业链。

作者：中国科学院高能物理研究所 钱森

责任编辑：严惠慈