纯碘化铯(CsI)晶体的发光与光衰减特性研究

纯碘化铯晶体是一种具有快衰减闪烁特性的新型辐射探测材料, 在伽马射线、中子和其它辐射探测技术中有重要的应用前景。本研究以Bridgman法所生长的纯碘化铯为对象, 分别研究了该晶体的透射光谱以及在紫外光、连续X射线、脉冲X射线和宇宙射线激发下的发射光谱、时间响应特性和沿晶体生长方向不同部位的光输出分布特点。实验测得晶体的吸收边为240 nm, 激发和发射波长分别位于241 nm和318 nm, 发光衰减时间分别为2~3 ns和18~25 ns。以尺寸为30 mm×30 mm×200 mm的晶体籽晶端和尾端与PMT耦合所测得的光输出分别是143 p.e/MeV和127 p.e./MeV, 尽管晶体两端的光输出存在12.6%的差异, 但没有观察到衰减时间长于100 ns的慢分量。这些性能进一步证明纯碘化铯晶体具有作为快闪烁体的优势。     

(Gd_(1-x)Y_x)_2Si_2O_7:Ce混晶闪烁体的制备及性能研究

采用固相烧结法制备了(Gd_(1-x)Y_x)_2Si_2O_7:0.1%Ce(x=0.1,0.2,...0.7,1)的系列多晶样品,通过荧光激发发射光谱和X射线激发发射谱对该系列样品进行筛选,发现(Gd_(0.5)Y_(0.5))_2Si_2O_7:0.1%Ce的组分发光效率最高。采用浮区法生长了该组分单晶,并对该单晶的结构、荧光和闪烁性能进行了测试和讨论。XRD结果表明,(Gd_(0.5)Y_(0.5))_2Si_2O_7:0.1%Ce闪烁单晶为正交结构,紫外激发-发射谱、荧光衰减谱显示该晶体的发光主峰位位于362 nm,但由于Gd(~6I_J)→Ce(5d_3)的无辐射能量传递的存在,使样品出现211 ns的荧光慢分量。采用X射线激发发射谱,γ射线激发多道能谱和闪烁衰减谱对样品的闪烁性能进行了表征。结果表明,GYPS:Ce晶体的光产额为Ce掺杂硅酸钇镥标样的90%,由于该无辐射能量传递和较低的Ce掺杂浓度,单晶闪烁发光中存在较长的慢分量,闪烁衰减慢分量成分占到总发光的87%。     

超薄Ce:YAG闪烁晶体用于高分辨X光成像

正近期,中国科学院上海光学精密机械研究所中科院强激光材料重点实验室利用提拉法生长出的高品质Ce∶YAG闪烁晶体开展了高分辨率X射线成像系统核心器件——闪烁体研制工作,成功制备了尺寸为30 mm,厚度为30~45μm的高品质闪烁晶体元件,并和中科院上海应用物理研究所合作,研制基于超薄Ce∶YAG闪烁晶体的高分辨X光探测器,实现X光辐照条件下高分辨成像。在同等实验条件下,与Crytur公司同类晶体对比,上海光机所研制的     

退火对提拉法生长Lu2Si2O7∶Ce晶体闪烁性能的影响

Lu₂Si₂O₇∶Ce (LPS∶Ce)表现出较高的光输出, 平均值约26000photons/MeV (简写为ph/MeV), 但通过提拉法获得的晶体发光效率很低. 实验对LPS∶Ce晶体进行了不同气氛下的退火, 研究退火条件对LPS∶Ce的发光效率等闪烁性能的影响. 发现在Ar气氛下退火对LPS∶Ce发光效率的提高没有作用, 在空气气氛下退火后可显著提高LPS∶Ce的发光效率. 通过不同退火工艺的比较, 确定了提高LPS∶Ce发光效率的最佳退火制度：空气气氛下, 退火温度1400℃, 退火时间根据样品的大小决定, 样品越大, 需要的退火时间越长. 同时讨论了退火过程中, LPS∶Ce吸收谱和UV-ray激发发射谱的变化趋势.     

富集10B的Ce:Li6Lu(10BO3)3晶体生长及其闪烁性能

为了提高中子探测效率, 以富集¹⁰B的H₃¹⁰BO₃为原料, 通过提拉法生长了富集¹⁰B的Ce:Li₆Lu(¹⁰BO₃)₃晶体。X射线激发发射光谱测试表明: 其发光峰位于360~480 nm, 属于Ce³⁺离子典型的5d - 4f跃迁发光, 其闪烁发光效率为BGO晶体的3.9倍。在350 nm紫外光和¹³⁷Cs所发出的662 keV的γ射线激发下测得的衰减时间分别为21.0 ns 和31.7 ns, 在¹³⁷Cs辐射源激发下所测得的相对光输出是CsI(Tl)晶体的20%, 能量分辨率为9.7%。在慢化²⁵²Cf中子源激发下可以观测到明显的中子全能峰, 其能量分辨率为33%。上述研究结果表明, Ce:Li₆Lu(¹⁰BO₃)₃晶体具有较高的闪烁效率、快的衰减时间和良好的中子探测效率, 是一种具有应用前景的中子探测用闪烁晶体。     

Zr4+共掺对Cs2LaLiBr6:Ce晶体的中子/伽马甄别性能的影响

中子探测技术广泛用于国土安全、核材料安全检测以及高能物理等领域,由于3He资源紧缺,近年来急需开发出能够同时甄别中子/伽马的新型闪烁晶体, Cs₂La Li Br₆:Ce(CLLB:Ce)晶体具有良好的中子/伽马甄别能力、优异的能量分辨率以及高的光输出,但其中子/伽马甄别性能有待进一步提高。本研究采用垂直布里奇曼法成功生长了Zr⁴⁺共掺杂的CLLB:Ce晶体。通过不同表征手段研究了Zr⁴⁺共掺杂CLLB:Ce晶体的结构和组分,结果表明Zr⁴⁺成功掺入基质材料且对基质晶体结构不产生明显的影响,Zr⁴⁺共掺杂后没有产生新的发光中心,紫外衰减时间约为27.0 ns,仍具有较快的荧光衰减。Zr⁴⁺共掺杂CLLB:Ce晶体的品质因子(Figure of Merit, FOM)从1.2提高到1.5,表明其中子/伽马甄别能力得到改善。结合热稳定性和闪烁衰减时间,探讨了衰减时间对FOM的影响机制,Zr⁴⁺共掺杂可以抑制浅电子陷阱...     

新型闪烁晶体Ce掺杂焦硅酸钇(YPS:Ce)的闪烁与热释光性能

通过区熔法获得了铈掺杂焦硅酸钇闪烁单晶(Y_2Si_2O_7:Ce~(3+),简写为YPS),并对其闪烁与热释光性能进行了研究.对YPS:Ce闪烁晶体的透过、光输出和光衰减等光学和闪烁性能进行了表征,并对其综合性能进行了评价.其衰减时间为30.16ns,为目前铈掺杂焦硅酸盐闪烁晶体中最快的.并采用热释光测试技术,对YPS:Ce晶体中的缺陷进行了研究,发现在300～500K温度区间内一共有三个热释光峰,分别对应于三个缺陷,通过对二维(温度-光强)的拟合,确定了这三种缺陷的陷阱深度、振动频率等物理参数.并结合三维(温度-波长-光强)热释光谱,提出了YPS:Ce的热释光模型.     

多晶铈掺杂硅酸镥闪烁陶瓷的制备和发光性能

本工作对铈离子掺杂多晶硅酸镥(LSO:Ce)闪烁材料的制备方法进行了系统研究。将LSO:Ce前驱体溶胶喷雾干燥后得到了球形LSO:Ce前驱粉体, 该前驱粉体在1000℃和1100℃的温度下煅烧后分别得到了不同晶型的的单相LSO : Ce球形粉体。显微结构观察显示: 粉体颗粒的平均直径约为2 µm, 是由几十纳米大小的LSO:Ce纳米晶粒堆积而成。A型球形LSO:Ce粉体经1200℃/80MPa的放电等离子体烧结(SPS)后获得了平均晶粒尺寸为1.3 µm, 相对密度高达99.7%的LSO:Ce闪烁陶瓷。由A型球形LSO:Ce粉体压制的素坯在1650℃的空气气氛下烧结4 h后可获得相对密度达98.6%, 平均晶粒尺寸为1.6 μm的LSO:Ce陶瓷。该陶瓷经1650℃/150 MPa的热等静压(HIP)处理1 h后, 获得了相对密度为99.9%的半透明LSO:Ce闪烁陶瓷, 其平均晶粒尺寸为1.7 μm, 晶界干净。该LSO:Ce陶瓷的光产额可达28600 photons/MeV, 发光衰减时间为25 ns。     

Cs2LiYCl6:Ce闪烁晶体的光学及闪烁性能

用坩埚下降法生长得到Cs₂LiY _0.95Cl₆: 5%Ce(CYLC)闪烁晶体, 通过X射线衍射分析证明Cs₂LiYCl₆:Ce的晶体结构属于钾冰晶石结构, 并与理论计算结果基本吻合。在吸收光谱中观测到源于Ce³⁺离子从4f向5d_1~5电子跃迁的吸收峰和自陷激子吸收峰。X射线和紫外激发和发射光谱测试表明, 位于300 nm的发光属于Cs₂LiYCl₆:Ce晶体的本征芯价发光, 321 nm的发光归因于自陷激子发光, 350~450 nm范围的发光属于Ce³⁺离子5d-4f 跃迁发光。在³⁷Cs源伽马射线激发下, CYLC晶体的能量分辨率达到8.1%, 衰减时间分别为58 ns和580 ns。综上所述可知, Cs₂LiYCl₆:Ce晶体将是一种在中子和伽马射线分辨领域具有广泛应用前景的闪烁晶体。     

Mg共掺杂Gd3(Al,Ga)5O12:Ce晶体快发光的作用机理

Gd₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce (GAGG:Ce)闪烁体综合性能优异, 应用前景广阔。为加快GAGG的发光衰减速度, 本研究通过提拉法生长了Mg共掺的Gd₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce单晶。测试结果显示, 随着Mg²⁺掺杂浓度增加, 晶体的闪烁衰减速度加快, 光输出降低。传统解释认为, Mg²⁺通过电荷补偿作用将部分Ce³⁺转换成Ce⁴⁺, 后者的发光速度更快。本研究尝试从缺陷的形成与抑制的角度来讨论Mg改善GAGG:Ce晶体闪烁性能的作用机理。由于Ce的离子半径比Gd大, Ce离子掺入将导致发光中心Ce_Gd附近的晶格发生畸变。畸变结果为近邻的八面体格位空间变大, 反位缺陷将更容易在这些变大的八面体格位形成。最终每个发光中心Ce_Gd被四个反位缺陷Gd_Al包裹, 后者捕获载流子, 延缓从基体到发光中心的能量传递, 导致发光速度变慢。由于Mg的离子半径介于Gd和Al之间, Mg_Al将更容易在上述畸变的八面体格位形成, 这会抑制反位缺陷Gd_Al在发光中心Ce_Gd附近形成(或富集), 最终降低(甚至消除)反位缺陷对发光中心的不良影响。XEL测试结果显示, 随着Mg掺杂量增大, 与反位缺陷相关的发射峰强度变弱, 这可以证明Mg对反位缺陷有抑制作用。     

低成本溶液法制备厘米级Cs3Cu2I5单晶及其闪烁发光性能

近年来, 拥有高发光量子效率的低维钙钛矿/类钙钛矿结构金属卤化物在辐射探测领域展现出潜在的应用前景。本工作利用反溶剂扩散法生长了高光学质量的厘米级尺寸零维结构Cs₃Cu₂I₅单晶, 并系统研究了其光学吸收、透过、光致激发和发射、时间分辨光致发光、X射线辐照发光、余辉、热释光以及伽马射线探测性能。溶液法制备的Cs₃Cu₂I₅晶体的光学带隙为3.68 eV。在X射线激发下, Cs₃Cu₂I₅单晶的蓝光发射峰位于448 nm, 来源于自陷激子发光。闪烁衰减时间主分量为947 ns (96%)。Cs₃Cu₂I₅单晶的余辉水平与商用BGO晶体相当。此外, 该晶体作为伽马射线闪烁体也表现出29000 photons/MeV的高光产额, 与熔体法制备的Cs₃Cu₂I₅晶体闪烁性能相当。本研究证实了低成本制备高性能Cs₃Cu₂I₅闪烁晶体的可行性。     

稀土离子掺杂Gd2O2S闪烁陶瓷的研究进展

稀土离子掺杂Gd2O2S闪烁陶瓷是20世纪80年代以后发展的硫氧化物闪烁体.高密度和高热中子吸收截面的Gd2O2S基质具有高的X射线和热中子阻止能力,稀土离子(Pr3+、Tb3+等)的掺杂使其表现出快衰减或高光产额等特性,在闪烁领域的应用中占据着重要地位.硫氧化合物的组分控制一直是其合成过程中需要解决的关键问题,Gd2...     

La（Ce）Br3闪烁晶体的研究历史及存在的问题

最近20年来,对于无机闪烁晶体,尤其是卤化物闪烁晶体的研究而言是一段收获颇丰的历史,这期间,先后研究发现了大量光输出高、能量分辨率好、衰减时间短的新型卤化物闪烁晶体。着重介绍La(Ce)Br3晶体的研究现状以及对晶体结构、发光机制、闪烁性能和最新研究进展进行系统整理和总结,同时指出在La(Ce)Br3晶体研究中急需解决的难题、发展方向和潜在的应用前景。     

白光LED用黄色小颗粒荧光粉YAG:Ce,Gd的制备及性能

采用超声波分散技术结合高温固相法合成了小颗粒铈钆激活的钇铝石榴石Y3Al5O12:Ce,Gd(YAG:Ce,Gd)荧光粉材料,并对其作了后处理,主要讨论了YAG:Ce,Gd的制备工艺条件,掺杂稀土离子等因素对其发光性能的影响,并且通过X射线对其进行了晶体分析,用扫描电镜进行了形貌分析,用荧光光度计F-4500测量了其激发光谱与发射光谱,用SPR-9200荧光粉光色参数综合分析系统对荧光粉光色参数分析测试.结果表明,YAG:Ce,Gd荧光粉具有单相的石榴石结构,颗粒的平均粒度达到0.5～1.5μm,色坐标为x=0.2806,y＝0.2861,显色指数为84.3.     

退火对提拉法生长Lu2Si2O7:Ce晶体闪烁性能的影响

Lu2Si2O7:Ce (LPS:Ce)表现出较高的光输出,平均值约26000photons/MeV (简写为ph/MeV),但通过提拉法获得的晶体发光效率很低. 实验对LPS:Ce晶体进行了不同气氛下的退火,研究退火条件对LPS:Ce的发光效率等闪烁性能的影响. 发现在Ar气氛下退火对LPS:Ce发光效率的提高没有作用,在空气气氛下退火后可显著提高LPS:Ce的发光效率. 通过不同退火工艺的比较,确定了提高LPS:Ce发光效率的最佳退火制度:空气气氛下,退火温度1400℃,退火时间根据样品的大小决定,样品越大,需要的退火时间越长. 同时讨论了退火过程中,LPS:Ce吸收谱和UV-ray激发发射谱的变化趋势.     

浮区法生长Lu2Si2O7:Ce晶体的缺陷、光学和闪烁性能研究

通过浮区法制备得到LPS:0.5%Ce单晶样品, 并对其包裹体、开裂、闪烁和光学性能进行了研究,获得了晶体的电子探针谱、透过谱、77~500 K下的紫外激发发射谱、X射线激发发射谱和77~500 K下的衰减时间谱。研究发现晶体中存在解理开裂和热应力开裂, 同时存在两种类型的包裹体, 分别包含[Si₃O₉]^6-、阴离子团和过量的SiO₂。由于采用空气为生长气氛, 样品中部分Ce³⁺被氧化为Ce⁴⁺。浮区法LPS:0.5%Ce表现出较高的发光效率, 约为32000 ph/MeV。随着温度的升高, 样品的紫外激发发射谱逐渐向长波方向移动, 发射谱谱线随着温度的升高展宽, 导致自吸收的增加。衰减时间的温度转变点位于450 K, 表明LPS:Ce闪烁晶体适用于高温环境, 是一种性能优异的闪烁晶体。     

钨酸铅(PbWO_4)晶体的研究进展

钨酸铅(PWO)晶体由于自身特点:高密度(8.28g/cm~3)、短辐射长度(0.87cm)和Moliere半径(2.12cm)、快的闪烁衰减时间((?)<50ns)以及较强的抗辐照损伤能力,已经成为了最具发展潜力的闪烁晶体之一,作为一种良好的闪烁晶体,PWO晶体在高能物理、核医学等领域有着广泛的应用。主要综述了PWO晶体的结构、发光机制、自身缺陷、晶体生长的研究现状,着重阐述了生长工艺改善和离子掺杂改性对钨酸铅晶体性能的影响,分析了PWO晶体的发展前景。     

Ce:Lu2SiO5闪烁陶瓷的放电等离子烧结与发光性能

以亚微米级单相铈离子掺杂硅酸镥(Ce:Lu2SiO5,LSO)发光粉体为原料,采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering)技术対多晶LSO闪烁陶瓷的制备方法进行了探索,同时对其发光性能进行了研究.在(1350℃/5min)的条件下实现了LSO粉体的快速致密化烧结,研制出了具有良好发光性能的半透明多晶LSO闪烁陶瓷,其相对密度达到理论密度的99.5%.在360nm紫外激发条件下,呈现位于380～600nm的宽峰发射行为.其相对发光强度达到LSO闪烁单晶的75%,发光衰减时间仅为9.67ns.该材料有望成为一种新型的高光输出、快衰减多晶闪烁材料.     

卤化镧系LnX3(Ce)闪烁晶体的研究进展

卤化镧系LnX₃(Ce)(Ln=La、Lu、Gd;X=Cl、Br、I)闪烁晶体由于其高发光效率、快衰减和高的能量分辨率等优异性能而在医学成像技术-单光子发射计算机层析扫描(SPECT)和正电子发射层析扫描(PET)中存在巨大的应用前景.本文概述了近年来LnX₃(Ce) 晶体的研究进展.从原料制备出发,介绍了它们的晶体生长方法与结构,基本的物理、化学性质,主要闪烁性能、发光机制及其它掺杂效应研究等.最后,对它们未来的研究发展方向和其他应用前景作了展望.     

钨酸铅晶体的生长及其闪烁性的研究

采用提拉法生长出直径 2 0 -2 5mm,长 2 5-3 0 mm优质 Pb WO4及 La3 +、Mg2 +、Mo6+和 Bi3 +掺杂 Pb WO4晶体。测试了晶体的 X射线衍射谱、透射光谱、激发发射光谱、光产额、抗辐照性能和发光衰减时间。总结并解释了掺杂对 Pb WO4晶体性能的影响以及氧退火对晶体抗辐照性能的影响 ,探讨了掺杂改善晶体闪烁性能的可能性。