上天的卫星及其所携带的电子学设备，无可避免会暴露在高能电子、质子和重离子等空间辐射环境中。高能宇宙射线可能造成“星”上大规模集成芯片的器件出现单粒子效应（即单个高能粒子穿过微电子器件的灵敏区时造成器件状态非正常改变的一种辐射效应），严重威胁到航天器在轨安全。依托兰州重离子加速器大科学装置而建的单粒子效应地面模拟装置，具有国际一流技术指标。而它的主要创建者，就是受到中华全国总工会表彰的全国五一巾帼奖章、全国五一巾帼标兵获得者——中国科学院近代物理研究所研究员刘杰。全国仅10位女性荣膺全国五一巾帼奖章殊荣，刘杰位列其中可以说是兰州人的骄傲。

在刘杰的带领下，近30年来，该团队已主持及完成科技部、自然科学基金委、科学院等20余项科研项目，为我国嫦娥等卫星选用国产大规模集成芯片提供了重要技术支撑，确保了卫星长寿命和高可靠，为国家相关重大任务顺利完成发挥了重要作用。同时，由她及团队承研的我国暗物质粒子探测卫星“悟空”号“塑闪阵列探测器分系统”，已随“悟空”号在轨正常工作5年之久。“悟空”号至今已发回几百亿个有效高能粒子数据，并成功绘制出一张全天伽马射线图，这也是国际上仅有的3幅10亿电子伏特辐射天图之一，相关科学成果已在《自然》等国际顶级期刊发表。今天，记者带大家走近这位卓越的兰州女杰。

1 16岁考取北师大物理系

初见刘杰，轻灵婉约，恍惚以为是位文秀的江南女子，几乎和果决干练的女科学家形象画不上等号。

刘杰生于兰州，不像大多数女生不喜理科，她独独对物理产生了浓厚的兴趣。高考时她的物理成绩就十分优异，16岁考取北京师范大学时报的正是物理系。师范类院校物理系当时女生相对还算多，但也仅占学生总数的1/3左右。“学物理真的挺苦的，大学4年眼睛的近视度数从100多度涨到了500多度。”虽然比上高中时学得更刻苦，周末和晚上差不多都在自习室中度过，但让刘杰感到庆幸的是，她系统地学习了物理专业本科阶段的所有课程，对得起自己的辛苦付出。

20岁毕业时，父母说：“你回来吧，中科院近代物理所是挺好的科研单位，这样一家人可以在一起，工作也是你喜欢的。”刘杰进入近代物理所后分到了当时的四室，自1985年起至今的36年间，刘杰就一直从事着与重离子束在材料中的应用相关领域的研究。其间，在职攻读了硕士和博士。

2 找到“风云一号”卫星“病因”

“进所时懵懵懂懂，不知道该选择什么方向。”不知道选择什么方向的刘杰，却有人所不能及的韧劲。做一件事只要认准了，她就不会停下来，会坚持一直做，看似柔弱的她不会因为自己是女同志就降低对自己的要求，有着不服输的个性。

元器件单粒子效应是刘杰研究的一个重点。“大规模集成芯片过去集成度小，可靠性很好。但当其集成度增加后，这些集成芯片在外太空会受到高能宇宙射线的影响，造成器件工作紊乱甚至失效”。我国1990年9月发射成功的“风云一号”卫星，A星工作了39天、B星工作了165天之后，不明原因的失控了。卫星总体单位把“风云一号”卫星故障复现的实验任务交给了刘杰团队。为了尽快获得实验数据，刘杰和其他3人临时搭建实验平台，奋战两天两夜，近40个小时没有合眼。最终，经过千辛万苦的工作，他们找到了卫星故障的“病因”：空间高能重离子作用关键器件发生单粒子效应，导致计算机主板工作异常，造成卫星姿控系统故障。

在此之后，刘杰认为单粒子效应研究是极为必要的，所以在读博时将其作为自己的研究课题，不过在1993年之后相关任务并不多，刘杰又开展了材料辐照效应、纳米材料、核孔膜等方面的研究。直至2007年、2008年，我国检测大规模集成芯片性能的任务也随之愈来愈多。有了前期实验和博士论文的积累，检测任务就自然而然落在了刘杰团队肩上。在中科院及国家经费支持下，刘杰带领团队分别创建了电子元器件中能和高能重离子单粒子效应模拟专用平台。同时，还系统开展单粒子效应实验相关研究，确保了卫星长寿命和高可靠性。

3 为“悟空”探测暗物质安上“火眼金睛”

在中科院近代物理所展厅，有一台我国发射的暗物质粒子探测卫星“悟空”号的等比例缩小模型。刘杰说，“悟空”的科学目标是探测暗物质粒子湮灭的证据。而在探测卫星4个有效载荷中，由刘杰担任主任设计师的塑闪阵列探测器位居最上层，其主要功能是区分带电离子，辅助鉴别入射重离子种类，可以说，为“悟空”号安上了“火眼金睛”。

文章来源：《电子元件与材料》 网址: http://www.dzyjyclzz.cn/zonghexinwen/2021/0508/651.html