上世纪八十年代，中国在工业水平和科学研究全面落后于西方的背景下，有一项科研成果却走在了世界前列，那就是闪烁晶体锗酸铋的研制。这项成果直接应用到了诺贝尔奖获得者丁肇中的科研项目中，也成为现在用来探索物理真相和宇宙奥秘的关键材料。
锗酸铋晶体（BGO），是一种人造晶体，被高能射线照射以后会有荧光发出，而且荧光的时间非常短，放到辐射环境中会自动闪光。这种晶体材料也叫闪烁晶体，可以用来检测核辐射强度和宇宙射线强度。
之所以闪烁体可以检测核辐射，是因为核辐射都是一些高能射线，这些高能射线照射到闪烁体上，会引起照射位置闪光，而且闪光一瞬即逝，这样通过检测闪光就可以知道射线照射的方向和射线强度。比如我们可以制作一些细长的BGO晶体棒，把这些晶体棒排列在一起，就可以形成一个检测阵列，通过发生闪光的位置和频率，我们就可以知道宇宙射线的基本情况。
当然，光有BGO晶体还不够，还需要在BGO晶体之外再安装灵敏的光电转换装置，能够把高能射线撞击BGO晶体产生的短暂光信号转化成电信号，并适当放大，然后再进行分析，从而得知各种射线的基本信息。
中国发射的悟空号探测卫星，用来探测宇宙中暗物质的情况，其最核心的检测设备就是BGO能量器。这种能量器，是有308根60厘米长，两厘米见方的BGO晶体棒纵横交错组成。这种能量器，不仅可以测量射线的能量，也可以测量射线的种类。之所以这种卫星可以探测暗物质的存在，是因为宇宙中的暗物质湮灭可以产生特殊能谱的正负电子，也有可能产生特殊伽马射线，通过BGO晶体探测宇宙中的高能电子和伽马射线可以找到暗物质存在的线索。
BGO优势
在BGO闪烁体广泛应用之前，一直是碘化钠（NaI）等闪烁体在各行各业应用。自1973年两名美国科学家发现BGO的闪烁体性能以来，人们不断发现这种新型闪烁体的优势。就拿BGO跟NaI晶体比较，优势还是很多的。
首先，BGO的化学性质比碘化钠稳定。碘化钠是一种溶于水的物质，放到空气中容易潮解，用碘化钠做闪烁体的话，必须做好空气除湿，否则就会因潮解而降低性能甚至失效。BGO就稳定多了，不溶于水，也不溶于有机溶剂，所以在空气中工作也不用担心潮解。BGO的化学稳定性好，也不容易被腐蚀。甚至在长时间宇宙射线照射的环境中，也能保持基本结构，这种晶体的抗辐射能力是NaI的一千倍，同时还能在辐射损伤后自我修复。所以悟空号这样的探测器选择使用BGO晶体做闪烁体。同时BGO晶体比NaI晶体机械加工性能更好。NaI有点像食盐，是比较脆的，加工的过程中很容易碎掉。而BGO晶体比较坚固，相对比较容易加工，能够根据需要加工成各种形状的晶体。
更重要的是，BGO是一种密度很高的晶体，密度是NaI的两倍左右，跟铁的密度相当。密度大的好处就是不容易被射线穿透，绝大多数高能射线都能被BGO晶体给轻松挡下。闪烁体是用来检测射线的，如果射线能轻松穿过晶体，那就检测不到了，只有把射线挡下，才能检测到。值得一提的是，BGO中锗和铋都是原子量比较大的元素，放在晶体中，起到中流砥柱的作用，高能射线遇到这种大原子量的原子很容易被拦截下来，不容易逃脱。那些宇宙中的高能射线虽然很强，但在BGO晶体中也讨不到什么好处，只能穿透很短的距离就被彻底拦截了。这就像是高速公路上设置的救援沙坑，哪怕是满载的大货车失控也能被沙坑给拦截下来。
此外，BGO晶体的检测灵敏度高。高能射线照射到BGO晶体上在50纳秒的时间内就可以被检测到。而且停留时间很短，只需要350纳秒闪光就会消失。这样的好处是，仪器可以灵敏清晰地检测到每一个高能粒子。如果发光持续时间太长的话，上一个粒子带来的信号还没结束，下一个粒子的信号就来了，这就很难区分了。
还有一点，BGO晶体中自己原有的成分就可以形成荧光，而NaI晶体则需要借助添加少量有毒的铊元素才能产生荧光，而且铊元素的均匀程度直接会影响检测效果。
当然还有一些优势这里就不一一介绍了。正是基于这些优势，让BGO闪烁体替代了传统的闪烁体占据了主要市场。
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非常值得说道的是，中国虽然不是BGO晶体的发明者，也不是BGO晶体是闪烁体的发现者，但BGO晶体能成为现在主流的检测器件离不开中国的贡献，而且这个贡献的源泉是在上世纪七十年代末八十年代初，科研条件很匮乏的那个年代。
1978年，中国科技工作者通过学习外文文献了解到了BGO晶体的闪烁体特性，开始研究BGO晶体的制备工艺。在中国介入这项工作之前，西方国家已经开始把BGO晶体应用于核医学检测领域，但使用的都是很小的晶体。中国科学家通过努力，攻克了高质量BGO晶体的生产工艺，并成功应用到了国产设备上。
1982年，诺贝尔奖获得者丁肇中关注到了中国BGO晶体，并邀请中国帮忙研发生产大尺寸高质量的BGO晶体。经过一年的努力，中国产的大尺寸、高质量BGO晶体得到了国际专家的验证，性能超过了美国和法国的产品。这样，中国产的BGO晶体成功得到了世界的认可。
丁肇中先生主导的大型正负电子对撞机需要使用大量这种晶体，直接向中国订购了将近8000根晶体，总重量达到了8.4吨。可以说，中国的BGO晶体成为了探索物理世界奥秘的法宝，是各类对撞机必不可少的检测部件。很多诺贝尔物理学成果的诞生，背后离不开中国的一份功劳。跟这个类似的，世界上最先进的阿尔法磁谱仪被安装在国际空间站上，磁谱仪上最重要的磁体材料也是中国提供的先进稀土永磁铁。
在那个科研条件匮乏的年代，中国科技工作者能拿出如此耀眼的成果，是非常不容易的。当然也并不是一帆风顺的，因为这是一项全新的生产工艺，在国际上没有先例可以借鉴，甚至原材料都供应不足。
大尺寸BGO晶体，可不是拿个化学反应就可以生产的。这里面最关键的是晶体的可控生长问题。大家应该都了解过蒸煮食盐的方法，通过蒸煮能够得到食盐，但往往都是白色的粉末，很难得到大个的盐晶颗粒。海水晒盐可以得到比较大的盐颗粒，但跟我们这里说的大尺寸晶体还是差很多的。这里的大尺寸至少都是几十公分的长度，一般的结晶工艺是没有办法生产的。必须掌握晶体生长规律，严格控制条件和流程才能生长出尺寸够大，质量合格的BGO晶体。
经过努力，中国科技工作者攻克了一道有一道难关，不仅解决了产品质量问题，而且解决了产品批量生产问题，最终保证了国际订单的供应，也为进一步拓展市场奠定了基础。
相关成果获得了国家技术进步奖、 国家“ 六五” 科技攻关奖、 中科院重 大成果 奖以及首届亿利达科技奖等一系列重大奖项，是中国科研崛起的重要成果。
BGO晶体应用
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首先，是在一些重大科研项目中应用。这包括前面提到的各类大型对撞机、类似悟空探测器那样的探测卫星、以及其他高能射线探测装置。比如电子对撞机，可以在电子对撞的过程中产生各种高能射线，这些高能射线也需要BGO晶体进行检测。
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其次，医疗上有很多需要用到射线的检测设备，这些检测设备的检测元器件很多都会用到BGO晶体。
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此外，在工业和探矿领域也有很多应用。比如一些寻找放射性矿物的探测仪器，往往需要监测环境中的放射性指标，达到一定放射性指标以后，就有可能存在重要的放射性矿床，使用这类仪器寻找铀矿是非常方便的。还有一些工业上需要对一些材料进行无损探伤，所谓的无损探伤就是利用高能射线观测材料内部有没有损伤，高能射线的接收和检测也会用到BGO晶体。还有就是核工业上也会有比较重要的应用。
当然，BGO晶体还有很多拓展性的应用。比如添加一些特殊元素比如稀土，可以制作成发射特定光的发光设备。再比如还可以制作成单晶光纤，这种材料具有很大的折射率，比传统光纤更有优势，能拓展光纤的用途。
关于中国率先掌握大尺寸BGO晶体的工艺，大家有什么想说的，欢迎到评论区发表您的观点。这种晶体还有哪些应用，大家也可以进行补充。
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