Институт физики высоких энергий Китайской академии наук завершил проверку длительной онлайн-эксплуатации самостоятельно разработанного крупноформатного пиксельного детектора

В последнее время команда разработчиков детекторов источника синхротронного излучения высокой энергии (HEPS) Института физики высоких энергий Китайской академии наук завершила проверку длительной онлайн-эксплуатации самостоятельно разработанного крупноформатного двумерного пиксельного матричного детектора на 6 миллионов пикселей. С момента развёртывания на линии микрокристаллической дифракции биомакромолекул HEPS в октябре 2025 года для пробной эксплуатации, по состоянию на 30 июня 2026 года, детектор суммарно обеспечил поддержку почти 90 исследовательских проектов от более чем 50 научных групп.

В ходе пробной эксплуатации суммарное время работы детектора превысило 2000 часов при стабильной работе без простоев. Совместная отладка и оптимизация, проведённые командами линии и детектора, подтвердили его эксплуатационную стабильность и надёжность данных в сложных условиях.

На основе высококачественных данных, полученных с помощью этого детектора, часть результатов исследований пользователей уже опубликована в международных журналах, что свидетельствует о соответствии характеристик оборудования требованиям передовых исследований в области структурной биологии. Например, пользователи из Китайского сельскохозяйственного университета с помощью данных, полученных на этом детекторе, расшифровали кристаллическую структуру важного белка табака — комплекса α1 (номер PDB: 20YG); соответствующая статья официально принята журналом Plant Journal. Данные и статьи других пользователей находятся в процессе обработки и подготовки. Успешная эксплуатация этого детектора знаменует собой реализацию полной цепочки самостоятельной разработки и инженерного внедрения ключевого детекторного оборудования для синхротронного излучения в Китае.

Двумерный пиксельный матричный детектор является одним из ключевых терминальных детекторных устройств синхротронных источников четвёртого поколения и широко применяется в таких областях, как кристаллография биомакромолекул и дифракция материалов. Ранее аналогичные высокопроизводительные детекторы в Китае полностью зависели от импорта, что являлось ключевым узким местом, сдерживающим обеспечение самодостаточности и контролируемости крупных научных установок.

Объединённая исследовательская команда, состоящая из группы детекторов HEPS под руководством Ли Чжэньцзе из Центра междисциплинарных исследований и группы электроники под руководством Вэй Вэя из Центра экспериментальной физики, за более чем десять лет, пройдя несколько раундов итераций проектных решений, самостоятельного проектирования микросхем, отработки технологий корпусирования и системных интеграционных испытаний, завершила полную самостоятельную разработку этого детектора. Его ключевые характеристики сопоставимы с ведущими зарубежными коммерческими продуктами. Размер пикселя составляет 140 μм×140 μм, штатная частота кадров при считывании — 100 Гц, максимальная проектная частота кадров — 1 кГц. Детектор сочетает в себе большую площадь детектирования, высокую скорость счёта, низкое мёртвое время и низкий уровень шума, что соответствует требованиям экспериментов по дифракции жёсткого рентгеновского излучения на HEPS.

Проверка длительной онлайн-эксплуатации закладывает основу для перехода детектора от лабораторных условий к штатному применению на крупных научных установках. Команда продолжит оптимизацию характеристик и продвижение серийного производства, чтобы обеспечить решения с самостоятельными детекторными устройствами для остальных линий HEPS и других источников синхротронного излучения в Китае.

Детектор на 6 миллионов пикселей, установленный на линии микрокристаллической дифракции биомакромолекул HEPS

Порошковая дифракция стандартного образца CeO2

Дифракция кристаллов белков биомакромолекул