掺杂抑制氟化钡晶体慢闪烁成分研究进展

高能物理强度前沿装置、飞行时间技术正电子发射断层扫描、超高频辐射成像和正电子湮灭寿命谱分析等应用对闪烁体的时间响应提出了更高的要求,发展超快衰减闪烁体已成为研究热点之一。氟化钡晶体是一种具有亚纳秒级快闪烁成分的独特无机闪烁体,但其衰减时间约0.6 μs的慢闪烁发光成分会在高计数率应用时引起严重的信号堆积。作为一种抑制慢闪烁成分的有效途径,氟化钡晶体慢闪烁成分抑制的掺杂研究在过去三十年受到持续关注。本文回顾了掺杂抑制氟化钡晶体慢闪烁成分的研究历史,提出了掺杂元素选择的基本原则,重点介绍稀土金属(La、Y、Lu和Sc)、碱土金属(Mg、Sr)、过渡金属(Cd)和碱金属(K)等掺杂的慢闪烁成分抑制特性、内在机理和应用研究情况,并展望了所面临的挑战与机遇。     

PbWO4:(Sb,Y)晶体的发光和闪烁性能研究

本文报道了用多坩埚下降法生长的大尺寸PbWO4:(Sb,Y)晶体的光谱和闪烁性能.基于透射光谱、X射线激发的发射谱、紫外激发及其发射谱、光产额和超短脉冲X射线激发荧光寿命等方面的测试,讨论了Sb,Y双掺杂对PbWO4晶体的光谱和闪烁性能的作用.结果表明:Sb,Y双掺杂能显著改善PbWO4晶体的光谱性能和闪烁性能,使PbWO4晶体在短波方向的透过率明显提高;对于尺寸为23×23×20mm3的掺杂晶体样品,光产额最大值大约为50 p.e./MeV,约为BGO光产额的6.0;;发光成份中有1.9ns和15.8ns两个衰减时间常数的快成份.     

Y3+/Li+和Y3+/Na+双掺杂氟化钡快响应闪烁晶体

氟化钡(BaF₂)晶体是已知响应最快的闪烁晶体,在高能物理、核物理及核医学等领域有着广泛的应用前景。抑制BaF₂晶体的慢发光成分对其工程应用至关重要。本文利用坩埚下降法制备了高Y³⁺掺杂浓度5%、8%、10%(摩尔分数)的BaF₂晶体,并采用Y³⁺与碱金属离子(Li⁺、Na⁺)共掺杂的方法形成电荷补偿阻止间隙F^-的产生,制备了双掺杂型BaF₂快响应闪烁晶体,进而基于优化的5 ns和2 500 ns时间门宽测试方法,研究了Y³⁺掺杂浓度以及Y³⁺与碱金属离子(Li⁺、Na⁺)共掺杂浓度对BaF₂闪烁晶体快/慢成分比的影响规律。结果表明,生长的高浓度Y³⁺掺杂BaF₂晶体的光学质量优异,在220 nm和300 nm处透过率分别高于90%和92%;随着Y³⁺掺杂浓度由0提高至10%,BaF₂晶体的慢发光成分显著降低,快/慢成分比由0.15提高至1.21;生长的Y³⁺/Li⁺及Y³⁺/Na⁺共掺杂BaF₂晶体的慢发光成分较Y³⁺掺杂BaF₂晶体进一步降低,快/慢成分比最高分别可达1.63和1.61。研制的双掺杂BaF₂快响应闪烁晶体有望应用于高能物理、核物理前沿实验等重要领域。     

大尺寸PWO:(Mo,Y)晶体发光均匀性的研究

报道了用改进的Bridgman法生长的大尺寸PbWO4:(Mo,Y)晶体发光均匀性的表征研究.通过对大尺寸的PbWO4:(Mo,Y)晶体不同部位的透射光谱、X射线激发发射光谱、光产额和抗辐照损伤能力等光学和闪烁性能的测试,结果表明在实验所涉及的掺杂浓度范围,Mo、Y双掺杂能显著改善PbWO4晶体的发光均匀性,增强其抗辐照损伤能力.     

坩埚下降法生长的大尺寸BaF2∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF₂∶5%Y(摩尔分数)晶体，并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0～300 mm范围内的Y³⁺掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经⁶⁰Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后，样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF₂∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF₂晶体，经过累积剂量辐照后，BaF₂∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。     

LaBr3:Ce闪烁晶体的生长及性能研究

掺铈溴化镧(LaBr3:Ce)闪烁晶体具有光输出高、衰减时间短、能量分辨率高等优异特性,在核医学成像、地质勘探、石油测井、空间物理等核辐射探测领域具有广阔的应用前景.本文采用改进的坩埚下降法,利用自发成核成功地生长了Ce3+掺杂浓度5.0at;、尺寸φ50 mm×60 mm的LaBr3:Ce闪烁晶体,测试了晶体的光输出、能量分辨率和衰减时间等闪烁性能.结果表明,在137Cs(662 keV)放射源作用下,LaBr3:Ce晶体的光输出为同体积NaI:Tl晶体的155;,能量分辨率为3.3;,衰减时间为25 ns.     

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.     

稀土焦硅酸盐Re2Si2O7闪烁晶体的研究进展

铈掺杂稀土焦硅酸盐系列晶体Re2Si2O7(其中Re=Lu3+、Y3+、Gd3+等)作为新型无机闪烁晶体材料,近来引起科研人员的关注.本文阐述了稀土焦硅酸盐系列晶体Re2Si2O7的结构、晶体生长方法、闪烁性能和有待进一步研究的问题.     

Bridgman法生长的大尺寸钨酸铅晶体的光学和闪烁性能

本文报道了我们采用改进的Bridgman法为欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)上的紧凑型μ子螺线管(CMS)实验生长的大尺寸掺Y3+钨酸铅闪烁晶体,给出了晶体的光学和闪烁性能,如光致发光谱、X射线致发光光谱、纵/横向的透射光谱、光产额以及辐照硬度.测试结果表明,掺Y2O3的钨酸铅晶体光产额很高(>13pe/MeV),且全为100ns以内的快发光,其辐照硬度已接近CMS电磁量能器(ECAL)端帽晶体的要求,同一批晶体彼此间的性能一致性好.     

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.