Ce3+ doped Lu3Al5O12 ceramics prepared by spark plasma sintering technology using micrometre powders: Microstructure,luminescence, and scintillation properties

Ce³⁺ doped Lu₃Al₅O₁₂ (Ce:LuAG) ceramics were fabricated by the solid-state reaction method through spark plasma sintering (SPS) from 1350 °C to 1700 °C for 5 min at a pressure of 50 MPa using micro powders. The average grain size of the SPSed ceramics gradually grew from 0.42 µm (1400 °C) to 1.55 µm (1700 °C), which is nearly one order of magnitude lower than that of vacuum sintered (VSed) Ce:LuAG ceramics (~24.6 µm). Characteristic Ce³⁺ emission peaking at around 510 nm appeared and 92% photoluminescence intensity of room temperature can be reserved at 200 °C revealing excellent thermal stability. The maximum radioluminescence intensity reached around 3 times of VSed Ce:LuAG ceramics and 7.8 times of BGO crystals. The maximum scintillation light yield under γ-ray (¹³⁷Cs) excitation reached 9634 pho/MeV @ 2 μs. It is concluded that SPS technology is a feasible way to develop Ce:LuAG ceramics and further optical enhancement can be expected.     

改善CeF_3闪烁探测器输出特性的方法研究

常用的CeF3闪烁探测器,由于闪烁体发光与光电器件光谱响应不完全匹配,使得探测器的主要输出特性——输出幅度和脉冲波形形状发生明显变化,较难依据相似性通过探测器输出复原得到辐射源的真实特征。本工作针对这种不完全匹配情况,分析比较了几种改善闪烁探测器输出的方法,提出了在CeF3无机闪烁体与光电器件光阴极之间加移波膜片耦合的方法。原理分析和实验测量结果表明:采取移波膜片耦合方法可使传统CeF3闪烁探测器输出特性得到明显改善,输出幅度增加50%以上,脉冲时间响应前沿由传统方式的12ns变化到移波方式的约3ns。     

塑料闪烁体的闪烁时间特性

采用137Cs激发塑料闪烁体发光,应用单光子计数法测量塑料闪烁体发光衰减曲线。根据测量原理搭建了实验平台,测量了ST401和EJ232两种闪烁体的闪烁时间特性。实验结果用双指数拟合法进行分析可得,ST401发光衰减常数为2.9 ns和50 ns,EJ232发光衰减常数为1.6 ns和30 ns。实验平台所测幅度动态范围大于104,时间分辨小于0.8 ns。从统计学分析单光子计数法的物理过程,并采用蒙特卡罗方法模拟整个探测过程,探讨单光子计数法的适用条件。实验结果与数值模拟结果相洽。若终止探测器平均探测到的光子数不大于0.1,则多道测量结果可以近似为塑料闪烁体发光衰减曲线。     

一种基于薄塑料闪烁体探测器的定向剂量当量率监测仪研制

基于薄塑料闪烁体探测器,采用MC模拟优化了定向剂量当量率监测仪探头组合结构。研制的用于弱贯穿辐射监测的定向剂量当量率仪,在10 μSv/h～100 mSv/h范围内,相对固有误差＜± 6%;⁸⁵Kr的β辐射场中,-60°～60°范围内角度响应好于± 40%;β辐射平均能量在60 keV～800 keV内,能量响应变化在-24%～49%范围内;变异系数小于2%。实验测量结果表明,该定向剂量当量率仪辐射性能满足GB/T 4835.1—2012要求。     

铀基X射线闪烁体研究进展

贫铀再利用是近年来放射化学领域尤为关注的课题，研究发现以铀酰离子作为金属中心合成的含铀晶体材料在X射线辐照场中产生强烈的闪烁现象。与传统闪烁发光元素相比，铀元素具有发光效率高、辐射阻滞能力强等本征属性，为发展新型闪烁体提供了物质基础。近期研究合成的新型铀基闪烁体显现出较高的X射线转换效率、强X射线衰减系数、较好的辐照与湿度稳定性、以及更短的余辉等优势。本文从铀酰发光原理、铀基晶体闪烁现象的发现、含铀闪烁体材料的优势出发，主要阐述了基于铀酰本征性质的新型铀基闪烁体用于X射线探测方面的研究进展，提出了提高含铀闪烁体性能的方法思路。研究成果既为处理贫铀资源提供了新的途径，又为高性能新型闪烁体的设计提供了借鉴。     

基于塑料闪烁体光纤阵列的中子探测系统设计

为了能探测高能中子，获得中子能谱信息，设计了一套基于塑料闪烁体光纤和多路复用技术的中子探测系统。利用梯度尺寸结构的阵列化探头感应中子入射的能量和方向。多路复用数据采集及读出单元接收探测器输出信号并产生触发信号，经处理后上传给上位机。数据采集及读出系统通过以太网实现实时通信。上位机程序基于LabWindows/CVI软件平台开发，实现数据读取与保存以及采集系统运行状态参数信息的实时显示。通过中子模拟源进行了现场测试，结果表明，设计的中子探测系统满足设计要求，能实现中子能量与入射方向的测量。     

252Cf裂变γ射线伴随飞行时间法刻度液体闪烁体中子探测效率

宏观检验实验是检验核数据正确性的重要实验方法之一。液体闪烁体中子探测器是中子核数据宏观检验实验中快中子能谱测量的主要探测器，其探测效率曲线的准确性关系到实验结果的精度。本文采用²⁵²Cf中子源的伴随γ射线和飞行时间法测得了液体闪烁体对2.0～10.0 MeV中子的相对探测效率曲线，同时利用飞行时间法和400 kV脉冲中子发生器的d-D反应中子源测得了2.9 MeV单能中子的绝对探测效率。将相对探测效率曲线归一到单能点的绝对效率，得到探测器在这一能区的绝对探测效率曲线。使用蒙特卡罗程序NEFF模拟相同参数的液体闪烁体探测器对10.0 MeV以下中子的探测效率曲线。最后将实验结果与模拟结果对比，结果表明实验得到的探测效率曲线合理、准确。     

一种新型溴化铈闪烁体探测器性能研究

闪烁探测器在射线能量与时间的探测中发挥着重要作用。针对国产新型溴化铈（CeBr₃）闪烁晶体，本文建立实验系统和方法对其关键性能指标进行了测试，具体包括：建立了快符合时间分辨系统测量装置，测试得到新型闪烁探测器对于⁶⁰Co源的时间分辨率为142 ps；建立了单光子计数法测量装置，测试得到溴化铈晶体的衰减时间为16.8 ns，上升时间为0.18 ns；建立了相对光输出测量装置，测试得到其相对于同规格NaI(Tl)闪烁体探测器对于661.66 keV射线的光输出为161%；同时针对其能量响应性能进行了测试，测得对于661.66 keV射线其能量分辨率为4.7%。将国产新型溴化铈闪烁晶体的性能测试结果与国际上同类晶体以及氟化钡、溴化镧、碘化钠等常用无机闪烁体的性能进行了比较，对其应用前景进行了探讨。     

GdI3:Ce闪烁体中子探测性能测试与改进研究

为改善GdI₃:Ce闪烁体在探测中子过程中的γ抑制能力，使用Geant4和XCOM计算了其γ线性吸收系数，并通过模拟计算与实验测量研究了铅屏蔽法抑制γ的有效性。结果表明：GdI₃:Ce闪烁体在探测中子过程中易受低能γ射线的干扰；随着铅层厚度的增加，100 keV~1 MeV的γ射线对中子探测的干扰减小，而3~10 MeV的γ射线的干扰呈先增加后减小的趋势。对²⁵²Cf中子源的实验测试发现，在碘化钆闪烁体外围添加铅层后，中子峰得以显现；随着铅层厚度的增加，中子峰内净计数减小，而净计数与本底计数的比值上升。模拟和实验结果均表明，在使用GdI3:Ce闪烁体探测中子时，应根据中子探测效率和信噪比的优化确定γ屏蔽铅层的厚度。     

Growth and optical properties of LiF/LaF3 eutectic crystals

Neutron imaging devices employing a scintillator can be used in various fields, and eutectic crystals can be suitable for the imaging with a fine position resolution of a few hundred micrometers. Since LiF and LaF₃ have different refractive indexes of 1.41 and 1.64 at 300 nm, respectively, the eutectic crystal is expected to behave as a scintillator with light guiding properties. Thus, the optical properties of Ce-doped LiF/LaF₃ eutectic crystal grown by micro-pulling down method were investigated. The light output of LiF/Ce:LaF₃ eutectic crystal was relatively small. The emission peaks at 300 nm originating from Ce³⁺ of 5d–4f transition were observed under excitation by UV photons and 5.5 MeV alpha rays. Moreover, the photo-luminescence decay time of Ce-doped LiF/LaF₃ eutectic crystal was estimated to be 17 ± 1 ns.