低强度脉冲伽马辐射测量中LaCl_3、YAG∶Yb和CeF_3闪烁探测器优选

为了在低强度脉冲伽马辐射测量中获得更精密可靠的测试数据,对La Cl3(50 mm×30 mm)、YAG∶Yb(50mm×50 mm)两种新型闪烁探测器和常用Ce F3(45 mm×20 mm)闪烁探测器的灵敏度、伽马/中子甑别能力、时间响应特性、统计涨落等主要参量进行了实验测量和对比。实验测量结果表明:La Cl3闪烁探测器灵敏度最高;伽马/中子甑别能力比另两种闪烁探测器高1倍以上;时间响应与Ce F3闪烁探测器相当;统计涨落最小(测点注量率相当的情况下)。进行中子、伽马混合脉冲辐射场中的低强度脉冲伽马辐射测量时,三种闪烁探测器中,La Cl3闪烁探测器是一种更佳的实用候选闪烁探测器。     

国产无机闪烁晶体LaCl_3∶Ce的探测能力和时间响应测量

以国产的掺铈氯化镧(LaCl3:Ce)闪烁晶体与线性电流大于1.5 A的光电倍增管构成闪烁探测器,利用 60Co、137Cs放射性标准源场,实验测量这种探测器对γ辐射的探测能力,并与同情况NaI:Tl闪烁探测器进行比对;利用266 nm单色激光和ns级的γ脉冲辐射分别对这种闪烁体的光致激发、辐射激发的时间响应性能进行测量.测量结果表明:国产新型LaCl3:Ce无机闪烁晶体样品构成的探测器对1.25 MeV 、0.66 MeV γ射线的探测能力平均约为同情况NaI:Tl闪烁探测器的103%,高的已超过了同尺寸NaI:Tl构成的闪烁探测器;266 nm单色激光光致激发时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.05 ns、17.42 ns、54.30 ns和24.61 ns,ns级的γ脉冲辐射激发的时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.52 ns、21.99 ns、75.13 ns和34.19 ns.     

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.     

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。     

Cs2NaGdBr6∶Ce单晶生长及闪烁性能研究

Cs2NaGdBr6∶ Ce(CNGB∶ Ce)是新近发现的性能优异的闪烁晶体,本文用Bridgman法成功制备出尺寸达φ25×25 mm3的CNGB∶Ce单晶,并测试了CNGB∶Ce晶体的相关闪烁性能.荧光光谱和X射线激发发射光谱测试结果表明CNGB∶Ce晶体主要有两个发射峰,分别位于383 nm和418 nm附近,分别对应于Ce3+的5 d→4f12F5/2和5d→4f12F7/2跃迁发射.γ射线能谱测试表明CNGB∶Ce晶体的光输出约为LaBr3∶Ce晶体的2/3,在662 keV处的能量分辨率为6.2;,衰减时间为76 ns左右,这些特点使得CNGB∶Ce晶体有望成为实用化的新型闪烁晶体.     

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。     

脉冲DT中子场中的CeF3、ST401 闪烁探测器输出比对

本工作对国内近年新研制的CeF3用于γ测量时的抗中子干扰能力进行研究,在脉冲DT中子源场中对分别由CeF3和ST401构成的闪烁探测器输出进行比较测量.在相同测点中子注量率情况下的测量结果表明:ST401探测器的输出电荷比同体积的CeF3高10多倍;ST401探测器的电流输出峰值幅度比同体积的CeF3高30多倍.由此可得到CeF3对中子相对不灵敏,在n、γ混合辐射场中测量快γ辐射时,该无机晶体将是一种较合适的候选闪烁体.     

CeF3闪烁探测器对五种能量中子的甄别能力研究

用CeF3闪烁体和常用闪烁体ST401分别配特性相同的光电倍增管构成两种闪烁探测器,在1.2MeV、2.5MeV、3.5MeV、5.0MeV和14MeV等能量的稳态中子源场中,测量了这两种闪烁体探测器的电流输出,得到结果表明:上述能量的中子与CeF3闪烁探测器作用形成的电流比同尺寸ST401闪烁体构成探测器的输出电流均低一个量级以上,这些结果与这两种探测器在钴、铯γ源中测量结果比较,可以得出在n、γ混合辐射场中测量γ辐射时,CeF3闪烁探测器能够较好地屏蔽这些能量中子的干扰.     

YAP∶Ce晶体伽玛能响及抗中子能力研究

YAlO3∶Ce(YAP∶ Ce)是近年国内新研制出的实用型快响应无机闪烁晶体.本工作针对YAP∶ Ce晶体与光电倍增管组合构成闪烁探测器,根据闪烁体沉积能量与质能吸收系数等相关参数的核物理理论关系,通过解析方法计算了多种γ能量对应的灵敏度,同时应用Monte Carlo方法模拟,获得了YAP∶ Ce晶体对γ射线的能量响应理论趋势;并通过实验测量了该探测器对γ和中子多种能量点的灵敏度,以检验理论和模拟计算的可靠性.理论和实验结果表明:YAP∶ Ce闪烁探测器0.3 MeV～ 1.25 MeV能区γ灵敏度随能量的增加而平缓地增加;其中1.25 MeV能量的灵敏度比0.37 MeV能量的灵敏度高约70;;同时具有较强的抗中子干扰能力:1.25 MeV的γ灵敏度与DT(14.1 MeV)中子灵敏度相当,比DD(2.54 MeV)中子灵敏度高5倍多;并且实验结果与理论计算、M.C模拟结果差异在5;范围内.     

强辐射对Yb∶YAG超快无机闪烁探测器灵敏度影响的实验测量

为了给强脉冲辐射场中应用超快闪烁探测器进行精密物理测试以及相关晶体抗核加固提供实验测量数据参考,针对近年新研制的Yb∶ YAG超快无机闪烁体与GD40光电管构成的快闪烁探测器,在源强近万居的强稳态辐照场中,细致测量了辐射累计伽马剂量从约1 Gy开始到最高约1 kGy全过程中Yb∶ YAG超快闪烁探测器输出电流的变化数据;在测点注量率大于1017cm-2·s-1的“强光一号”短γ脉冲辐射场中,测量了Yb∶ YAG超快闪烁探测器输出脉冲波形响应情况.实验测量结果表明:在强稳态辐射场情况下,对应累计剂量5 ～ 10Gy时,YAG(Yb)闪烁探测器灵敏度下降约5～10;(相对辐照IGy时的情况);测点累计伽马剂量约1 kGy时,Yb∶ YAG超快闪烁探测器的电流输出与约1 Gy时的比值约50;;短γ脉冲辐射情况下,测点累计注量约4×109 cm-2,Yb∶ YAG超快闪烁探测器输出电流约1A时,灵敏度下降约10;(相对累计注量约3×109 cm-2的情况),当测点注量大于1010 cm-2(累积剂量超过100 mGy),Yb∶ YAG超快闪烁探测器会出现较明显的损伤现象.     

闪烁晶体用高纯无水稀土卤化物的制备与表征

LaBr3 ∶Ce、LuI3 ∶Ce、SrI2 ∶Eu等新型卤化物闪烁晶体因其高光输出、高能量分辨率等优异的闪烁特性而引起人们的广泛关注.高纯无水稀土卤化物是生长上述闪烁晶体所必需的原料,但其制备困难和高昂成本,严重制约了这些晶体的发展和应用.本文报道了无水LaBr3、CeBr3、LaCl3、CeCl3、LuI3、GdI3、YI3、CeI3、EuI2等常用稀土卤化物的制备方法,并对其有效表征手段进行了介绍.     

φ80 mm×200 mm级Ce:LYSO晶体的生长 与闪烁性能研究

使用提拉法获得了φ80 mm×200 mm级Ce:LYSO晶体,分析了影响晶体开裂和回熔的原因,并测试了晶体的闪烁性能.尺寸为17 mm×17 mm×17 mm头尾样品的光输出达到30400 ph./MeV和30000 ph./MeV,能量分辨率为9.4;和8.7;,衰减时间为41.7 ns和40.3 ns,表明该晶体具有优良的闪烁性能和光学均匀性.     

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.     

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。     

国产YAP:Ce闪烁晶体的相对探测能力测量

为适应在n、γ混合脉冲辐射场中对低强度快脉冲γ辐射测量的需要,近年国内新研制出实用型YAlO3:Ce(YAP:Ce)快响应无机闪烁晶体.我们使用脉冲线性电流大于1.5 A的光电倍增管,分别配置这种晶体以及CeF3、NaI等晶体构成闪烁探测器,在放射性标准源场中,对晶体的相对探测能力进行测量.测量结果表明:国产新型YAP:Ce无机晶体对这1.25 MeV 射线的探测能力比同体积的CeF3平均高一个量级,是同体积NaI的40;左右;当晶体厚度小于2 mm时,YAP:Ce与CeF3、NaI的输出比值分别大于16和44;,说明厚度越薄晶体的相对探测能力越强.     

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.     

LaBr3∶Ce晶体中包裹体的性质及成因探究

LaBr3∶Ce单晶拥有优良的闪烁性能,但是,一些微缺陷(例如包裹体)经常出现在晶体中,这种包裹体对晶体的闪烁性能有一定的不利影响.通过Bridgman垂直下降法生长得到LaBr3∶Ce晶体,发现包裹体主要出现在晶体生长的尾部,偏光显微镜下显示存在两种包裹体,一是气孔,二是固体颗粒.X射线衍射、差热分析和拉曼光谱分别测试了含有包裹体和不含包裹体的晶体样品,然而没有发现不同于LaBr3∶Ce基体的成分.因此,推测包裹体是结构和组分与基体几乎完全相同的物质组成,根据测试结果,包裹体的形成可以用组分过冷理论来解释.     

稀土卤化物/离子液体软发光材料的合成及其发光性能研究

利用[Bmim][Br]为溶剂,合成了新型稀土发光软材料Ce:[Bmim][LaBr4]/[Bmim][Br]([Bmim][Br]=1-丁基-3-甲基咪唑溴),探讨了温度、原料配比等因素对稀土配合物Ce:[Bmim][LaBr4]合成的影响.室温下测量了Ce:[Bmim][LaBr4]/[Bmim][Br]的光致发光光谱、光致发射衰减时间、X射线激发发射光谱等,结果表明:在320 nm紫外光激发下,350～450 nm的区间内有两个发射峰,发射峰的峰值分别位于377 nm和406 nm,其光致发射衰减时间为10 ns和31 ns,并且X射线激发下,具有较宽的发射光谱.     

掺铈LaBr_3晶体闪烁性能的各向异性

利用Bridgman法生长掺杂铈离子浓度为3at%的LaBr3晶体,将其加工出具有(100)和(001)晶面的晶体样品,尺寸为9 mm×9 mm×14 mm。为了研究Ce∶LaBr3晶体的光学各向异性效应,分别测试了晶体沿[001]和[100]方向上的荧光光谱、能量分辨率、相对光输出以及衰减时间,同时晶体解理面的XRD测试表明实验中晶体样品的一个面为(100)。实验结果表明Ce∶LaBr3晶体的荧光光谱、能量分辨率、衰减时间以及相对光输出没有呈现出明显的各向异性效应。     

Gd3(Al,Ga)5O12:Ce晶体生长与闪烁性能研究

掺铈钆铝镓石榴石(Gd₃(Al, Ga)₅O₁₂∶Ce,简称GAGG∶Ce)闪烁晶体是近年来发现的一种新型稀土闪烁晶体，具有光输出高、能量分辨率高、衰减时间短、无自辐射和不潮解等优点，在核医学成像、安检和环境监测等领域具有广阔的应用前景。本文报道了GAGG∶Ce晶体的提拉法生长与闪烁性能表征。利用高温固相反应法合成GAGG∶Ce原料，采用XRD对合成的原料进行了物相分析，结果表明，在1 500℃下煅烧12 h合成的多晶料为纯GAGG相。利用提拉法生长出尺寸?50 mm×90 mm的GAGG∶Ce晶体，测试了其透过光谱、X射线激发发射光谱和脉冲高度谱，结果表明，7 mm厚样品550 nm的透过率为81.5%,晶体X射线激发发射峰中心波长位于550 nm,晶体的光输出为59 000 photons/MeV,能量分辨率为6.2%@662 keV,晶体衰减时间快分量为149 ns,慢分量为748 ns。