温梯法生长76mm Ce:YAG闪烁晶体的研究

首次采用温度梯度法(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ICP-AES测试了Ce离子在Ce:YAG晶体中的分凝系数约为0.082.在室温下,测试了原生态Ce:YAG晶体的吸收光谱和X射线激发发射光谱(XEL).吸收光谱显示了Ce3+离子的3个特征吸收带,对应的中心波长分别为223nm,340nm及460nm;XEL发射谱表明Ce:YAG的发射峰为550nm,能与硅光二极管有效地耦合.     

温梯法生长76mm Ce∶YAG闪烁晶体的研究

首次采用温度梯度法 (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ICP AES测试了Ce离子在Ce:YAG晶体中的分凝系数约为 0 .0 82。在室温下 ,测试了原生态Ce :YAG晶体的吸收光谱和X射线激发发射光谱 (XEL)。吸收光谱显示了Ce3 + 离子的 3个特征吸收带 ,对应的中心波长分别为 2 2 3nm ,340nm及4 6 0nm ;XEL发射谱表明Ce :YAG的发射峰为 5 5 0nm ,能与硅光二极管有效地耦合。     

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。     

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.     

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.     

YAlO3∶Ce晶体的生长及性能研究

本文采用中频感应提拉法生长了尺寸为ø35 mm×70 mm的完整的YAlO₃∶Ce(YAP∶Ce)晶体。XRD测试结果表明所生长的YAP∶Ce晶体主相为YAP相,同时存在第二相YAG相;光致激发发射光谱表明晶体发射波长在344 nm和376 nm,激发波长分别为273 nm、290 nm和305 nm;X射线激发发射光谱表明晶体发射波长在377 nm附近;在γ高能射线激发下,晶体衰减时间曲线呈指数衰减,拟合后得到YAP∶Ce晶体的衰减时间为46 ns,通过高斯拟合以后YAP∶Ce晶体的能量分辨率和绝对光产额分别为8.51%和8 530 ph/MeV。本文分析了晶体生长过程中产生开裂和相变的原因,通过优化温场和工艺可以得到完整无开裂的晶体。如何获得更大尺寸的无开裂、无相变晶体,并实现量产是该晶体规模化应用中需要解决的重要技术难题。     

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.     

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。     

Ce~(3+)∶YAG单晶闪烁体的激发和发光特性

铈激活钇铝石榴石 (Ce3 + ∶YAG)单晶是综合性能优良的快衰减闪烁材料。本文以普通光源、激光、同步辐射以及阴极射线为激发源 ,对我们生长的Ce3 + ∶YAG闪烁晶体的激发和发光特性进行了系统的研究。结果表明 :Ce3 + ∶YAG单晶的激发光谱 (监测荧光波长为 5 4 5nm)由五个激发峰组成。不同激发条件下的发射光谱均能用双高斯峰进行较好的拟合 ,拟合后得到的Ce3 + 的 5d→2 F5/2 和 5d→2 F7/2 发光带的中心波长分别约为 5 2 0nm和 5 70nm。但是 ,不同条件激发下 5d→2 F5/2 和 5d→2 F7/2 发光带的强度比有较大差异 ,这可能与不同的激发机制和激发能传输途径有关。     

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。     

Ce3+:YAG单晶闪烁体的激发和发光特性

铈激活钇铝石榴石(Ce3+∶YAG)单晶是综合性能优良的快衰减闪烁材料.本文以普通光源、激光、同步辐射以及阴极射线为激发源,对我们生长的Ce3+∶YAG闪烁晶体的激发和发光特性进行了系统的研究.结果表明:Ce3+∶YAG单晶的激发光谱(监测荧光波长为545nm)由五个激发峰组成.不同激发条件下的发射光谱均能用双高斯峰进行较好的拟合,拟合后得到的Ce3+的5d→2F5/2和5d→2F7/2发光带的中心波长分别约为520nm和570nm.但是,不同条件激发下5d→2F5/2和5d→2F7/2发光带的强度比有较大差异,这可能与不同的激发机制和激发能传输途径有关.     

大面积LaBr3:Ce闪烁探测器伽马灵敏度和时间响应测量

在60Co放射性标准源场中,对国内新研制的大面积LaBr3∶Ce闪烁探测器伽马灵敏度进行了测量,并用GD100光电管分别与LYSO:Ce、ST401闪烁体构成闪烁探测器的伽马灵敏度进行了对比分析;应用CΓC-67型三通道的ns快脉冲辐射源对这种大面积新型闪烁晶体本身的时间响应特性进行了测量.实验测量结果表明:直径76 mm的大面积LaBr3∶Ce闪烁探测器伽马灵敏度与LYSO∶Ce、ST401闪烁探测器的同体积归一灵敏度比分别超过5和200;时间响应前沿2.56 ns,后沿56 ns,半高宽23.56 ns,衰减时间25.45 ns.     

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%。     

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.     

Ce∶CS2LiYCl6闪烁晶体的研究进展

Ce: Cs2LiYCl6是一类新型闪烁晶体,属立方晶系Elpasolite(钾冰晶石)结构.晶体光产额约为20000 photons/MeV,衰减时间660 ns,能量分辨率为3.6;.Ce: Cs2LiYCl6中的Li离子被6Li置换后,晶体同时具有探测γ射线和中子的能力.含95;的6Li同位素Ce: Cs2LiYCl6晶体光输出达73000 photons/neutron,热中子探测效率较高,在核安全以及国土安全检查方面有重要的应用潜力.本文结合国内外Ce: Cs2LiYCl6晶体最新研究进展,对Ce: Cs2LiYCl6晶体的结构、生长技术、闪烁机制以及性能作了简要论述.     

中子/伽马双探测用稀土卤化物闪烁晶体的研究进展

近年来,随着对稀土卤化物闪烁晶体研究的不断深入,该类材料的许多优异性能被不断发现,尤其是备受关注的中子/伽马射线双探测性能。化学组成为A₂LiRX₆∶Ce(A、R、X分别代表+1价金属元素、稀土元素、卤族元素)的掺铈锂基钾冰晶石型闪烁晶体和化学组成为LiM₂X₅∶Eu(M、X分别代表+2价金属元素、卤族元素)的掺铕锂基碱土卤化物,因可同时探测中子和伽马射线,且大都具有较高的光输出、较优异的能量分辨率等特性,被认为是非常实用且具有潜力的双探测材料。目前,掺铈锂基钾冰晶石型闪烁晶体中最具代表性的Cs₂LiYCl₆∶Ce(CLYC)已被广泛研究并产品化,而有望替代CLYC等钾冰晶石型晶体的掺铕锂基碱土卤化物研究报道甚少。本文主要对上述两类双模式探测用材料的研究进展进行简要综述,以期对相关领域的研究学者有所启发。     

钙钛矿型闪烁晶体的研究进展

闪烁晶体材料一般可用于X射线、γ射线、中子及其他高能粒子的探测。经过100多年的发展,以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用。随着人们对闪烁晶体材料进一步深入的研究和科技的发展,现今市面上较好的LaBr₃∶Ce等卤化物闪烁晶体由于生产成本过高、各向异性及脆性等缺点逐渐不能满足发展的需要,而钙钛矿型闪烁晶体材料由于其容易被改善的潮解性、低的生产成本、易于调整的生长条件以及良好的闪烁性能,逐步进入人们的视野。本文从晶体结构、性能、生长方法、发展趋势和应用前景等方面,着重介绍了ABX₃(A⁺为Cs⁺,B²⁺为部分碱土金属离子,X^-为非氟卤族元素离子)钙钛矿型闪烁晶体材料和K基钙钛矿结构闪烁晶体材料。最终,通过掺杂部分稀土元素和改善生长工艺等方法,即可得到光输出高、能量分辨率好,且成本较低、可广泛应用于市场的钙钛矿型闪烁晶体。     

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。     

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处有两个吸收峰.     

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.