大亞灣反應堆中微子實驗采用摻釓液體閃爍體（Gd-LS）作為探測中微子的靶物質，其性能是實驗成功的關鍵。中國科學院高能物理研究所的研究人員經過艱苦攻關，制備出一種新型Gd-LS，性能指標居于國際領先水平，消除了大亞灣中微子實驗最大的不確定性，同時也提高了中國在核探測器研制方面的國際地位。
2015年11月9日，有“世界第一科學巨獎”之稱的“突破獎”2016年獲獎名單在美國宇航局艾姆斯研究中心揭曉。因中微子振蕩的基礎研究和發現，揭示了可能遠遠超越標準模型的新前沿，以中國科學家為主的大亞灣反應堆中微子實驗與另外4個中微子實驗團隊分享了基礎物理學獎，這是中國科學家首次獲得該獎項。大亞灣中微子實驗結果還被《科學》雜志評選為2012年世界科學十大進展之一，并獲得2016年度國家自然科學獎一等獎，這個自然科學領域最受矚目的獎17年來曾9度空缺。
中微子是一種不帶電、質量極其微小的基本粒子，共有3種類型。據預測，中微子有一種特殊的性質，即它可以在飛行中從一種類型轉變成另一種類型，稱為中微子振蕩。原則上，3種中微子之間相互振蕩，應該有3種模式。其中的兩種模式已先后被發現，而第3種振蕩模式，即最后一個未知的混合角（θ13）一直未被準確測定。θ13數值的大小決定了未來中微子物理研究方向，并與宇宙“反物質消失之謎”有關，因此成為當今中微子物理研究的熱點。2003年前后，國際上先后提出了包括大亞灣中微子實驗在內的8個精確測定θ13的實驗方案。
大亞灣反應堆中微子實驗利用中微子在摻有0.1%稀土元素釓的有機液體閃爍體中發生的反β衰變來探測核反應堆釋放出的中微子。制備高性能的Gd-LS是該實驗最大的技術難點，也是成功的關鍵。實驗要求Gd-LS光學透明、光產額高、長期穩定并與容器兼容。此前的法國CHOOZ中微子實驗就是因為Gd-LS變渾濁而不得不提前終止。
大亞灣中微子實驗團隊由來自中、美、俄等國的科研人員組成。在與其他中微子實驗團隊競爭的同時，也面臨著激烈的內部競爭。要獲得實驗的主導權，必須掌握關鍵技術，其焦點就是Gd-LS的配方。美、俄參與Gd-LS研制的人員分別來自布魯克海文國家實驗室（BNL）和杜布納聯合核子研究所（JINR），具有豐富的經驗，而且美方很快就拿出了初步的方案。而中國Gd-LS的自主研究自20世紀90年代就已中斷，全部依賴進口產品。盡管聯系了國內多個相關研究單位，但由于Gd-LS研制的難度大、經濟效益不顯著等原因，無人愿意接手，因而中方在競爭中一開始就處于極為不利的地位。
θ13數值的準確測定在基礎物理領域意義重大，但其中的技術難點——Gd-LS的研制卻是一個純粹的化學問題。2005年1月，擔任大亞灣中微子實驗中方負責人的中國科學院高能物理研究所（以下簡稱高能所）王貽芳所長和曹俊研究員來到高能所核分析室，與時任核分析室主任魏龍、重點實驗室副主任張智勇等座談，希望在低本底放射性測量方面提供幫助，同時介紹了Gd-LS研制的被動局面。張智勇副主任曾就讀于北京師范大學化學系和北京大學技術物理系，攻讀碩士和博士學位期間，從事配位化學和核藥物化學研究。雖然此前從未接觸過Gd-LS方面的工作，但他敏銳地意識到配制高性能Gd-LS的關鍵在于尋找合適的有機配體，制備溶于液閃溶劑的穩定的釓絡合物。盡管這項工作充滿不確定性，還要暫停自己正在從事的毒理學方面的研究，但強烈的使命感和在稀土配位化學及放射化學方面的知識積累讓他有決心和信心在一個全新的研究領域與美、俄同行一爭高下。在魏龍主任的大力支持下，張智勇向王貽芳所長等表達了參與Gd-LS研制的愿望，很快，他便作為Gd-LS研制組的中方代表全身心投入了工作。按照約定，在Gd-LS研制組中，中、美、俄三方是競爭性的合作關系，首先各自獨立研制，然后評選擇優，選擇最佳配方，最終三方合作生產。
根據軟硬酸堿理論，稀土元素釓易于與通過氧、氮配位的硬堿類配體形成穩定絡合物。經過理論分析，張智勇選擇了有機羧酸、有機膦和β-二酮三類10種配體作為候選。通過比較不同配體所形成絡合物的溶解性、穩定性、溶液透明度和對發光物質發光效率的影響，最終確定3, 5, 5-三甲基己酸為配體。同時將2, 5-二苯基噁唑和對-雙-(σ-甲基苯乙烯基)苯分別用作第一和第二發光物質，烷基苯為液閃溶劑，加入抗氧化劑以進一步保持液閃穩定。與國外同期研發的幾個方案相比，這一配方具有高穩定性、高安全性、高透明度和高發光效率、易于大規模生產等優點。隨后的700 升小模型模型實驗證明張智勇等研制的Gd-LS完全符合大亞灣實驗要求。
在Gd-LS研制組中，俄方合成的釓絡合物由于在液閃溶劑中達不到要求的溶解度而被迫放棄，而美方和中方一直相持不下。為了盡快確定Gd-LS的配方，大亞灣實驗國際合作組決定采用第三方檢驗的方法，即由BNL和高能所的研究人員在香港各自制備50 升Gd-LS，由香港大學進行性能檢測。2007年6月底，張智勇和博士生丁雅韻來到香港大學，用一周時間完成了Gd-LS的配制。一個月后，在大亞灣中微子實驗國際合作組第九次會議上，香港大學公布了檢測結果。高能所配制的Gd-LS在最關鍵的性能制標——衰減長度的長期穩定性方面，遠好于BNL的樣品。據此，合作組正式宣布采納高能所的Gd-LS配方，Gd-LS研制生產工作從此由中方主導，美俄配合。
依據此配方，由高能所的科研人員主導研制了大規模生產設備，進行了工藝優化與中試。2011年初完成了目前國際上最大規模185噸Gd-LS的生產，并灌入8個中微子探測器。
2012年3月，大亞灣實驗在激烈的國際競爭中率先發現新的中微子振蕩現象，精確測定了中微子混合角θ13，這是中國本土首次測得的粒子物理學基本參數。大亞灣實驗運行至今，Gd-LS性能保持穩定，消除了該實驗最大的不確定性，是最終取得重大成果的關鍵，也是該項目最主要的創新點之一。Gd-LS的研制工作同時提高了中國在核探測器研制方面的國際地位，高能所制備的Gd-LS目前已出口核科學研究大國俄羅斯，同時用于中國另一重大基礎科學設施——中國錦屏地下實驗室的中子本底測量。摻釓液體閃爍體的研制工作也因此獲得了2015年度北京市科學技術獎二等獎，獲獎人為：張智勇、丁雅韻、周莉、王瑞光、劉金昌、曹俊、王志民、關夢云、鐘瑋麗、路浩奇。
作者：張智勇
（張智勇，博士生導師，中國科學院高能物理研究所多學科研究中心研究員。2016年入選“中國科學院特聘研究員”計劃，現任中國毒理學會納米毒理學專業委員會副主任委員、中國物理學會同步輻射專業委員會常務委員、中國科學院放射化學專家委員會委員、中國稀土學會農醫專業委員會理事、中國核學會核化學放射化學分會常務委員、中國核學會同位素分會理事、《核化學與放射化學》、《分析試驗室》編委、《同位素》常務編委。主要從事核分析技術應用研究，獨立研制了新型摻釓液體閃爍體，解決了反應堆中微子探測的重大技術難點。）
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