硅酸镥闪烁晶体的研究进展与发展方向

本文首先综述了硅酸镥(Ce:Lu2SiO5)闪烁晶体的晶体结构、闪烁性能、闪烁机理与晶体生长的研究现状,重点阐述了目前的三种晶体生长工艺及其取得的研究进展,然后分析了目前文献报道晶体中存在的问题,提出了硅酸镥闪烁晶体未来研究发展的几个方向为:各向异性研究、开拓新的生长方法、类质同象置换与发光均匀性、晶体余辉及发光机理的研究.     

新型闪烁晶体Gd3(Al,Ga)5O12:Ce3+的研究进展

无机闪烁晶体在核辐射探测领域有重要的应用,铈掺杂铝酸钆镓(Gd3(Al,Ga)5O12:Ce,缩写为GAGG:Ce)闪烁晶体性能优良,在高能物理、γ相机等应用领域有广阔的应用前景,因此成为了当前闪烁体领域的研究热点.本文总结了GAGG:Ce闪烁晶体近年来主要的研究进展;分析了GAGG:Ce晶体的结构及其稳定性;阐述了反位缺陷对晶体发光性能的影响;通过"带隙工程"理论解释了Gd、Ga离子掺杂消除反位缺陷的机理;总结了近年来GAGG:Ce晶体生长中存在的问题及解决途径;梳理了GAGG:Ce晶体的发光机理、闪烁性能及其影响因素;对各国团队通过阳离子掺杂的"缺陷工程"理论抑制GAGG:Ce晶体闪烁衰减慢分量的研究进行分析总结;展望了GAGG:Ce闪烁晶体发展方向.     

LYSO∶Ce闪烁晶体的研究进展

铈掺杂硅酸钇镥(LYSO∶Ce)晶体显示出优异的闪烁性能,并在核医学、高能物理及安全检查等领域具有广泛应用。本文综述了LYSO∶Ce闪烁晶体的晶体结构、发光机制、晶体生长存在的主要问题以及LYSO∶Ce晶体可能的发展方向。同时,梳理了LYSO∶Ce晶体生长过程中常见问题及对应的解决方案,并进一步讨论了Ce³⁺占位情况以及Ce⁴⁺与闪烁性能之间的关系。此外还展示了本团队在LYSO∶Ce晶体生长的最新研究成果,使用中频感应提拉炉生长出尺寸为φ95.42 mm×200 mm的LYSO∶Ce闪烁晶体。     

LuAlO3∶Ce闪烁晶体的研究进展

本文总结了铝酸镥(LuAlO3∶Ce简称LuAP∶Ce,P表示该晶体为赝钙钛矿结构)闪烁晶体的晶体结构、闪烁性能、闪烁机理与晶体生长的研究现状,重点阐述了目前晶体生长及其性能研究取得的进展,然后分析了目前文献报道晶体中存在的问题,提出了铝酸镥闪烁晶体未来研究发展的几个方向.     

LuAlO3：Ce闪烁晶体的研究进展

本文总结了铝酸镥（LuAlO3：Ce简称LuAP：Ce，P表示该晶体为赝钙钛矿结构）闪烁晶体的晶体结构、闪烁性能、闪烁机理与晶体生长的研究现状，重点阐述了目前晶体生长及其性能研究取得的进展，然后分析了目前文献报道晶体中存在的问题，提出了铝酸镥闪烁晶体未来研究发展的几个方向。     

LnX3型稀土卤化物闪烁晶体的闪烁性能

本文简要综述了LnX3型稀土卤化物闪烁晶体的发展历史与研究现状,对几种常见晶体(CeF3,LaF3,LuCl3,LaCl3,LuBr3,LaBr3)的物理、化学性质、晶体生长及闪烁性能等进行详细总结归纳,同时指出了当前具有优异闪烁性能的LaCl3:Ce和LaBr3:Ce晶体亟待解决的问题、未来的发展方向及其广阔的应用前景.     

温梯法Ce:YAG闪烁晶体的宏观缺陷观察

采用温度梯度法(TGT)成功生长了直径为76mm高光学质量的Ce:YAG高温闪烁晶体,采用偏光显微镜研究了Ce:YAG闪烁晶体中的主要宏观缺陷,观察到了生长条纹、侧心、气泡、包裹物以及应力双折射等宏观缺陷.实验结果表明,晶体中的气泡、包裹物以及应力双折射等宏观缺陷主要集中在晶体边缘部分,因此温梯法可以获得高质量的Ce:YAG闪烁晶体.     

Ce∶GAGG与CsI(Tl)闪烁晶体性能对比研究

研究了不同反射层封装方式和与Si-PM不同耦合方式对Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体光输出和能量分辨率的影响,比较了Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体的透过率和衰减时间。实验结果表明:通过优化闪烁晶体的反射层材料和耦合方式,能大幅度提高Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体的光收集效率;Ce∶GAGG闪烁晶体的光输出、能量分辨率、透过率、衰减时间指标均优于CsI(Tl)闪烁晶体。Ce∶GAGG闪烁晶体使用TiO₂反射层材料封装和硅脂耦合,测试得到¹³⁷Cs放射源在662 keV最佳能量分辨率为4.89%。     

1英寸Cs2LiLaBr6∶Ce闪烁晶体的生长及性能研究

Cs₂LiLaBr₆∶Ce(CLLB∶Ce)晶体n/γ双读出闪烁性能优异,其实用化瓶颈在于大尺寸、高光学质量晶体的生长。本研究采用非化学计量比配比,避开CLLB∶Ce非一致熔融组分区域,通过改进研制坩埚下降法晶体生长炉,并优化温度场和降低坩埚下降速度等晶体生长工艺,从而克服组分过冷,保持生长界面稳定,得到了直径1英寸(1英寸=2.54 cm)的CLLB∶Ce晶体毛坯,等径透明部分长度达40 mm,单晶比例由52%提高至79%,可见光区光学透过率达到70%以上。在¹³⁷Cs激发下能量分辨率达3.7%,在²⁵²Cf激发下晶体的品质因子达到1.42,可以很好地甄别中子和γ射线。     

高温闪烁晶体Ce：YAP的生长研究

Ce:YAP晶体具有优良的闪烁性能，其主要特点是光产额大，衰减时间短，发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配，在γ射线探测，核医学等方面有着广阔的应用前景。我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce:YAP晶体，成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题，并对晶体生长过程中的爬料，纯YAP晶体着色等现象作了讨论。X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm，吸收测试则显示晶体在254nm,366nm处在两个吸收峰。     

高温闪烁晶体GSO:Ce的生长及其光谱性质

本文用中频感应提拉法生长出尺寸为φ30mm×150mm,质量好的GSO:Ce晶体.并对晶体进行XRD测试和差热分析,初步分析引起晶体开裂的原因,最后测试了晶体室温下的吸收和荧光光谱等,GSO:Ce晶体发射峰为433nm,晶体在大于400nm范围其光透过率大于80;.     

φ100 mm级Ca∶Ce∶LYSO闪烁晶体生长及闪烁性能研究

为了满足具有飞行时间技术特点的正电子发射断层扫描仪(TOF-PET)对光输出高、衰减时间短以及上升时间快的Ce∶LYSO闪烁晶体的需要,本文采用中频感应提拉法生长φ100 mm×100 mm级Ca∶Ce∶LYSO闪烁晶体。晶体整体无色透明、无包裹体。经过紫外可见分光光度计测试,晶体透过率接近理论值,质量较好。将晶体切割研磨抛光后,分别进行脉冲高度谱、衰减时间能谱等测试。在¹³⁷Cs放射源激发下,Ca∶Ce∶LYSO晶体的光输出达到33 962 ph/MeV,能量分辨率为8.6%,衰减时间达到36.70 ns,均优于Ce∶LYSO晶体。通过对晶体轴向及尾部径向取样,相对光输出和能量分辨率不均匀性分别为±2.4%、±9.4%及±1.18%、±6.8%,证明晶体具有较好的均匀性。     

硅酸镥闪烁晶体的生长与缺陷研究

本文采用提拉法生长出了硅酸镥闪烁晶体,讨论了晶体生长中遇到的问题,所生长的硅酸镥晶体有开裂、解理、多晶、回熔现象等宏观生长缺陷和包裹物、位错等微观缺陷.开裂是由热应力和晶体解理两种因素引起的,其中热应力是导致开裂的主要因素,优化生长工艺条件可完全避免开裂.晶体中存在两种包裹物,成份分别为氧化镥和坩埚材料铱,氧化镥很可能是未参加反应的原料,也有可能是氧化硅挥发而导致氧化镥析出.     

基质组分配比对Cs2LiYCl6∶Ce晶体生长及闪烁性能的影响

Cs₂LiYCl₆∶Ce(CLYC∶Ce)是一种具有良好能量分辨率、高光输出,以及优秀的中子/伽马分辨能力的新型闪烁晶体,但因其组分复杂,晶体生长很困难。本文使用坩埚下降法分别生长了LiCl占57%、60%和63%(摩尔分数)及CsCl与YCl₃比例为1.9∶1和2.1∶1共5种不同组分配比的CLYC晶体,发现LiCl占比为60%的组分得到的CLYC相体积占比最大,而改变CsCl与YCl₃的比例对晶体生长没有明显的积极作用。5 mm×5 mm×5 mm和φ25 mm×10 mm样品在¹³⁷Cs激发下的能量分辨率分别为4.8%和5.6%。CLYC晶体在662 keV伽马射线激发下的闪烁衰减时间为17 ns、436 ns和3 603 ns。     

YAP:Ce闪烁晶体的光致激发荧光衰减常数测量

用波长为266nm的激光激发不同尺寸、不同掺Ce3+浓度的YAP:Ce闪烁晶体,测量其光致激光荧光衰减常数,测量结果表明:YAP:Ce闪烁晶体的光致荧光衰减常数约为18.2ns,且与实验晶体厚度及Ce3+掺杂浓度(0.1;～0.6;原子分数)无关.     

Ce∶LuAG闪烁晶体的生长研究

Ce∶LuAG晶体是一种性能优良的闪烁材料,但采用提拉法生长Ce∶LuAG时,经常出现开裂和包裹物缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了温度梯度、提拉速度、晶体旋转速度和热应变等因素对晶体产生缺陷的影响,并提出了解决办法,给出了适合生长优质Ce∶LuAG晶体的工艺参数:熔体上方温度梯度在5 ℃/mm左右,放肩角度在30°~60°,提拉速度1.0~1.5 mm/h,晶体旋转速度15~25 r/min。最后成功生长出直径30 mm、等径长50 mm质量较为完好的Ce∶LuAG单晶,晶体内核心面积小。