闪烁晶体的研究现状

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1、闪烁晶体的研究现状摘要=木文论述了近几年闪烁晶体的研究现状，介绍了闪烁晶体的发光机制以及主要性能指标；重点介绍了卤化物和氧化物两大类中有代表性的闪烁晶体晶体。关键字：闪烁晶体；卤化物；氧化物；现状1.引言：当高能射线（如X射线，丫射线）或其它放射性粒子,通过某些晶体吋，因射线或粒子的激发，该类晶体会发出荧光脉冲（闪烁光），具有这种性质的晶体称为闪烁晶体。闪烁晶体可用于X射线、Y射线、中子及其他高能粒子的探测，经过100多年的发展，以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用山。常用的

2、无机闪烁晶体材料通常'可以分为氧化物型和卤化物型两大类。主要的氧化物型闪烁晶有BGO、PWO、YAG等，它们大多具有密度高、衰减快和物化性能稳定等优点。传统的卤化物型闪烁晶体主要以碱金属碘化物为代表，如NaI:TKCsI:Tl等，它们具有很高的光产额，同时也具有较好的能量分辨率和时间分辨率。下文将重点介绍这两种闪烁晶体。2闪烁晶体的发光机制根据闪烁晶体的发光的特点，可简单地将闪烁晶体的发光分为本征发光和非本征发光叫前者无需引入掺质，其本身即可发光；后者需要引入掺质（激活剂），主要靠引入的离子发光。2.1木征发光本征型闪烁晶体为数不少，大多数兼有高密度和快衰

3、减特性。不过，它们的光输出都相对较低，其中，PWO,CeF3,BSO晶体的综合性能相对较好⑷。2.2非本征发光可作为激活剂的离子有Tl+,Eu2+,Bi3+,Ce3+,Nd3+等。但以Ce*激活的闪烁晶体为最多。由于Ce的的发光为电偶极矩允许的5d->4f跃迁,发光强度大、衰减快,所以掺C尹闪烁晶体往往具有较好的时间分辨率和能量分辨率，深受人们亲睐。3•闪烁晶体的主要性能指标闪烁晶体被应用在多个领域，对于不同的应用领域对其性能也有不同的要求。但是衡量一个闪烁体性能好坏的标准，主要决定于以下几个方面⑸。3.1发射光谱的区域闪烁晶体可以接受高能射线或放射性粒子

4、，而发出荧光脉冲，但是在实际探测应中还要将闪烁晶体与光接收器件耦合，以便将闪烁晶体发岀的光信号转变为屯信号。常用的光接收器有：光电倍增管(PMT)、硅光电二极管(SPD)以及是电感耦合器件(CCD)oPMT的光响应灵敏区在430〜470nm,SPD的敏感区在500〜530nm,CCD探测器的灵敏区在520〜580nm，闪烁体的发射光谱应尽可能与之相匹，才能获得高的灵敏度和高的效率。3.2光产额光产额表示在一次闪烁过程中产生的光子数目与带电离子在闪烁晶体中损失的能量之比(ph/MeV),也称为光输出。光产额越高说明在接收相同能量之后所释放的有效光子数越多，探

5、测器接收到的光子数越多效率就越高。3.3衰减时间衰减常数是表征闪烁晶体光衰减快慢的物理量，表示光子数衰减到最大时1/e时所需要的时间，是表征无机闪烁体较为重要的物理量。几乎在所有的闪烁计数应用领域都要求无机闪烁晶体具有较快的光衰减常数，这样就可以最大程度地消除能量累积造成的重影。3.4辐射硬度闪烁晶体在长期接受大剂量的射线辐照Z后会在晶体内部产生一些色心缺陷，它们捕获电子后会形成陷阱，对晶体所发出的闪烁光产生吸收效应，从而降低了晶体的透过率和光输出。当前对晶体的抗辐照性能述没有明确的定义，通常用实际探测器所允许的最大辐照剂量来衡量。一般规定晶体经辐照后，发

6、射峰波长处的透过率沿单位辐照长度下降1%・2%的辐照剂量为允许的最大辐照剂量。也有以辐照以后光产额的下降幅度作为衡量标准的。为提高晶体的抗辐照强度，常用的措施有提高原料的纯度、减少晶体中的缺陷浓度或掺入某种特殊的杂质组分（即掺杂）来进行电荷补偿或位置补偿等。3.5能量分辨率表示闪烁体能够区别探测离子能量的能力，通常把光子计数值随高度分布的半高宽与高度之比定义为能量分辨率，其值越低说明能量分辨率越高。3.6密度在对X射线探测时,要求闪烁体具有对电离辐射的高阻断能力，总是希望所有入射到发光材料上的X射线都被吸收。当X射线穿过闪烁体而没被吸收，就不会产生激发。具

7、有高密度的闪烁晶体将在较短的距离内阻止住X射线，从而更多地吸收X射线。因此，闪烁材料通常引用重元素，要求密度高。自闪烁晶体发展以来，最初对其的研究最要集中在卤化物上，后来氧化物闪烁晶体居上成为了新的研究热点，大概持续了几十年的时间。2001年，新型稀土卤化物闪烁晶体LaBr3:Ce的出现⑻，引发了闪烁晶体材料领域对卤化物闪烁晶体材料新的研究热潮。在LaBr3:Ce晶体的鼓舞下，最近十几年来，数十种性能各异的新型卤化物闪烁晶体相继问世，极大的丰富了闪烁晶体材料体系。4.1氟化物闪烁晶体4.1.1单组份氟化物闪烁晶体单组份氟化物闪烁体主要包括碱土金属氟化物MF

8、?、稀土氟化物REFs，还有其他主族氟化物PbF2、RbF、CsF