溴化镧闪烁体探测器性能及应用研究（英文）

LaBr3(Ce)探测器是一种新型闪烁体探测器,具有高光产额,高探测效率,高时间和空间分辨率,高能量分辨率,温度特性良好,抗辐射性能良好,操作简便等优点。从2001年以来,该探测器得到了迅速的研究和应用。LaBr3(Ce)探测器在核共振荧光检测、瞬发γ中子活化分析、爆炸物检测、核医学成像、环境辐射监测、空间辐射探测等方面的应用研究中取得了非常良好的效果。该探测器表现出优于以往用于这些领域的探测器的性能(例如NaI(Tl)探测器、BGO探测器、HPGe探测器等)。介绍了LaBr3(Ce)探测器的性能及其应用研究进展,对代表性文献进行了简析和综述,阐明了其良好的应用前景。     

大面积闪烁体探测器的中子探测效率刻度

介绍了一种利用同位素中子源(²⁴¹Am⁹Be)通过γn符合的中子飞行时间法对大面积探测器的中子探测效率进行刻度的方法,并用蒙特卡罗方法对该探测器的探测效率进行了模拟.实验与模拟结果基本一致.     

用于GPPD谱仪的大面积闪烁体中子探测器性能测试

中国散裂中子源（Chinese Spallation Neutron Source,CSNS）的建成为中子散射技术的发展和应用奠定了基础。通用粉末衍射谱仪（general purpose powder diffractometer,GPPD）是CSNS一期建设的三条谱仪之一。研制了用于GPPD的大面积闪烁体探测器阵列,在CSNS的BL20中子束线上开展了探测器关键性能参数的实验测试。测试结果显示,对波长为1.4 Å和2.8 Å的中子,其探测效率分别为（38.5±1.7）%和（56.1±1.1）%,模拟与实验相结合,给出对2 Å的中子,其探测效率约为（46.1±2.0）%,有效面积内的探测效率不均匀度约为19.6%,经优化后可以降低到14.9%;探测器位置分辨可以达到4.0 mm×4.0 mm,最高计数率约79 kHz。探测器单元的整体性能指标能满足GPPD的物理需求。     

用于二维位敏闪烁体中子探测器的波移光纤性能研究

波移光纤是闪烁体中子探测器的重要组成部分,其性能参数——光衰减长度、光损失率和光吸收重发射效率等将直接影响探测器的性能。本研究利用一套光纤性能测试试验装置,系统地研究了BCF91A 型波移光纤的光传输性能。结果表明:BCF-91A 型波移光纤光衰减长度为(1485) cm,吸收重发射效率约为5.6%;当光纤转弯半径为20 mm,长度为1.1 m时,其性能可以满足闪烁体中子探测器要求;BCF-91A 型波移光纤是很好的光纤候选材料.The position-sensitive scintillator neutron detector (SSND) with high efficiency, high resolution and high n/ discriminate ability etc., is developed to replace the traditional 3He neutron detector. The wave-length shifting fibers (WLSF) are used in SSND. The performances of BCF-91A type WLSF, such as attenuation length, bend loss and lights transportation ability etc., are studied in this paper. The attenuation length is (1485) cm.The lights transportation ability is about 5.6%. When the length of WLSF is 1.1 m, the bend radius is 20 mm,the photon number N transferred by the fiber meet the demand of SSND. According to the result, BCF-91A type WLSF is a good candidate for SSND.     

用于位置灵敏型中子探测器的6LiF/ZnS（Ag）闪烁体性能研究

研究了掺杂6LiF的ZnS(Ag)闪烁体对中子、γ射线的发光特性和EJ426闪烁体样品的热中子探测效率、出射光产额和γ灵敏度。EJ426的热中子探测效率为32.4%,出射光产额为8.01×103光子/中子,70 mV阈值时的γ灵敏度小于10-7,表明EJ426是较理想的闪烁体型位置灵敏中子探测器材料。     

面向脉冲星导航的聚焦型X射线探测器测试标定方法研究

通过脉冲星辐射信号特征研究和空间观测需求分析,提出了一种面向导航应用的X射线探测器测试方法.首先推导了X射线光子欠探测概率公式,分析了不同星源流量及不同探测器时间分辨率下对光子探测能力的影响.通过数值模拟方法建立了脉冲到达时间与脉冲轮廓相似度的关系.处理了我国硬X射线调制望远镜的Crab脉冲星观测数据,研究了不同能段脉冲轮廓差异.其次,系统地研究了面向导航应用的X射线探测器测试及处理方法,并利用地面测试系统完成了一款自主研发的聚焦型X射线探测器测试工作.通过数据分析得到,聚焦型探测器本底噪声为3.63×10-5ph/(cm~2·s~(-1)),工作能区为0.2～22.7keV,时间分辨率为4.17μs,空间响应约为5′,能量非线性为0.52%,能量分辨率优于200eV@5.7keV,典型探测效率为39.18%@4.51keV.聚焦型X射线探测器在弱脉冲信号及强背景噪声下,均能还原出Crab脉冲星脉冲轮廓,在2 400s内能够探测到辐射流量弱于背景噪声10倍的脉冲信号.结果表明,该款聚焦型探测器性能优秀,能够满足导航脉冲星(如PSR B1509)的空间观测需求,也验证了测试方法的可行性.     

(4-溴甲基双环[4.4.1]-1,3,5,7,9-十一碳五烯基-3-)甲醇环氧化反应机理的理论研究

采用量子化学的密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6 31G*水平上研究了(4 溴甲基双环[4. 4. 1] 1, 3, 5,7, 9 十一碳五烯基3 )甲醇环氧化反应机理,在对反应物和产物几何结构优化的基础上,搜索优化了反应的过渡态结构,通过振动分析和内禀反应坐标(IRC)跟踪方法对过渡态及其所处的反应路径进行了确认,并用电荷密度拓扑分析方法考察了反应过程中旧键断裂和新键形成的细节.计算结果表明,该反应中的消除反应和成环反应是协同进行的,溴化氢消除反应中的氢来自与O( 22 )相连的羟基氢,反应的活化势垒为139. 2kJ/mol,反应放热25. 1kJ/mol.     

(La,Ce,Tb)BO3的合成及光谱性质

采用高温固相法合成了(La,Ce,Tb)BO₃绿色发光粉,并对该发光粉进行了XRD和SEM分析。结果表明:(La,Ce,Tb)BO₃的晶体结构和LaBO₃相同,Ce³⁺、Tb³⁺的掺入并没有改变晶体的结构,发光粉颗粒大小均匀,形貌规则,粒度在5 μm左右。研究了(La,Ce,Tb)BO₃的光谱性质,在(La,Ce,Tb)BO₃的发射和激发光谱中除了有Tb³⁺的特征发射和激发峰外,还有Ce³⁺的特征发射和激发峰。比较了(La,Ce)BO₃发射光谱和(La,Tb)BO₃的激发光谱,两者存在重叠,这为Ce³⁺→Tb³⁺的能量传递提供了条件。将(La,Ce,Tb)BO₃的发射光谱与商品粉(La,Ce,Tb)PO₄进行比较,两者的发射主峰都在541 nm处, (La,Ce,Tb)BO₃在489 nm处的峰位稍有红移,通过计算表明,(La,Ce,Tb)BO₃的发光亮度达到商品粉(La,Ce,Tb)PO₄的94.7%。因此,(La,Ce,Tb)BO₃是一种很有应用前景的绿色发光粉。     

Ba3Tb(BO3)3:Ce3+:一种白光LED用绿色荧光粉

采用高温固相法合成了Ba3Tb(BO3)3和Ba3Tb(BO3)3:Ce3+两种绿色荧光粉,并研究了材料的发光性质.Ba3Tb(BO3)2材料呈多峰发射,发射峰位于439,493,547,589和629 nm,分别对应Tb3+的5D3→7F4和5D4→7F1=6,5,4,3跃迁发射,主峰为547 nm;监测547 nm发射峰,所得激发光谱由4f75d1宽带吸收(200-330 nm)和4f4f电子吸收(330-400 nm)组成,主峰为380 nm.以Ce3+激活Ba3Tb(BO3)3,所得Ba3Tb(BO3)3:Ce3+与Ba3Tb(BO3),材料的发射光谱分布相同,但发射强度明显增强,说明Ce3+对Tb3+产生了很好的敏化作用;监测547 nm最强发射峰,所得激发光谱为宽带,主峰位于360 nm.改变H3BO3量,Ba3Tb(BO3)3:Ce3+材料的发射强度随之变化,当H3BO3过量15 wt%时,发射强度最大.上述研究结果表明Ba3Tb(BO3)3:Ce3+是一种很好的适于UV-LED管芯激发的白光LED用绿色荧光粉.     

香港大学在束伽玛谱学研究与新一代伽玛探测器阵列(英文)

探索原子核的壳层演化,验证奇特核的幻数结构是香港大学核物理研究的重要方向。目前,科研团队利用在束伽玛谱学技术已经研究了30Ne的N=20幻数消失和78Ni（Z=28,N=50）附近原子核的双幻数结构,而即将开展的53,56Ca在束伽玛谱学实验会对新幻数N=34的定量研究,以及到N=40核的壳层演化提供重要的数据。下一步的研究目标是探索100Sn（N=Z=50）的奇特结构,特别是研究它的第一个2+激发态与其邻近原子核的低激发态性质。100Sn处于质子滴线以及核天体快质子俘获路径上,因此,它的幻数结构及其临近原子核单粒子性能研究将会极大增强对核力和核合成机制的认识。为了进一步提高物理实验统计,香港大学在数量上增加了30% NaI（Tl）晶体从而全面升级了DALI2伽玛探测阵列。此外,为了探索远离稳定线核区的新物理,开展更高精度在束伽玛谱学实验,香港大学与中国科学院近代物理研究所、中国原子能科学研究院计划合作研制基于溴化镧晶体的新一代伽玛探测器阵列。这套阵列主要在兰州重离子加速器（HIRFL）和将来建成的强流重离子加速器（HIAF）等大科学装置上开展实验,从而在奇特核研究方面取得大量重要的成果,促进科研人员全面认识、理解核力以及天体核合成过程。Exploring the evolution of shell closures and examining the magicity of extremely exotic nuclei are the main research interests of HKU (University of Hong Kong) experimental nuclear physics group. The group has employed in-beam gamma-ray spectroscopy technique to investigate the vanishing of N=20 magicity in 30Ne (N=20) and the strong magicity in nuclei around 78Ni (Z=28, N=50). The approved future's experiment on spectroscopy of 53,56Ca, proposed by HKU, will give quantitative information for the "magic index" of N=34 and shell evolution toward N=40. The next goal is to investigate the structure of 100Sn (N=Z=50), particularly the energy of the first 2+ state, and the low-lying states in the neighboring nuclei. 100Sn lies on the proton drip-line and on the astrophysical rp-process path. Characterizing the magicity of 100Sn and the nature of single-particle states in its neighboring nuclei is therefore essential to the fundamental understanding of nuclear forces and nucleo-synthesis. To significantly increase the data statistics for our physics goals, HKU group has prepared the upgrade of gamma-ray spectrometer DALI2 with 30% more NaI(Tl) detectors integrated into a new array configuration. On the other hand, next significant insights into the structure of nuclei would require new gamma-ray detection array capable for higher precision gamma-ray spectroscopy. HKU group in collaboration with IMP and CIAE therefore proposes to construct a new-generation gamma-ray detection array based on the novel scintillator LaBr₃(Ce) to explore the new physics in nuclei far from the valley of stability. Utilizing the radioactive beams at the Chinese large-scale facilities such as the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) in IMP and the future's High Intensity heavy-ion Accelerator Facility (HIAF), this novel LaBr₃(Ce) array would lead to a significant boost to the frontiers of exotic-nuclei research, which will guide scientists towards the comprehensive and even beyond-traditional understanding of nuclear forces and nucleosynthesis.     

闪烁体材料MBPO5:Ce(M=Ca,Sr,Ba)的制备及光谱性质

报道了Ce^3 掺杂的碱土金属硼磷酸盐的制备、结构和光谱性质。在助熔剂的作用下,用高温固相反应法制备了MBPO5(M=Ca,Sr,Ba)样品,并在还原气氛下成功地实现了Ce^3 的掺杂。用X射线衍射(XRD)和傅里叶红外吸收谱(FT-IR spectra)表征了样品的结构。X射线衍射结果表明,产物为六方相的菱硼硅铈矿(Stillwellite)结构。FT-IR spectra给出了BO4、PO4等基团的信息。测量并分析了材料在室温下的真空紫外一紫外(VUV-UV)激发光谱及相应的发射光谱。在紫外光的激发下,观察到Ce^3 的5d→FJ(J=7／2,5／2)的发射,分析了基质晶格对Ce^3 的激发和发射谱的影响,并测量了BaBPO5基质中Ce^3 的发光寿命。     

12CaO·7Al_2O_3∶Ce~(3+)透明陶瓷的制备及其闪烁特性研究

采用高温固相法制备了不同Ce3+掺杂浓度的12Ca O·7Al2O3(C12A7∶x%Ce3+)陶瓷样品。在350 nm紫外光激发下,样品的发射光谱呈现为主峰位于440 nm的宽带,来源于Ce3+的5d1→2F5/2和2F7/2的辐射跃迁。随着Ce3+掺杂浓度的增加,发射强度增大;当Ce3+摩尔分数超过0.7%时,有杂质相出现。为了进一步提高光致发光强度,采用自蔓延燃烧法合成了C12A7∶0.5%Ce3+陶瓷样品。在H2气氛下热处理,通过改变笼中阴离子基团的种类和数目提高了陶瓷闪烁特性(发光强度和衰减时间)。结果表明,C12A7∶Ce3+陶瓷是可应用于闪烁体的潜在材料。     

Scintillation timing characteristics of (La,Gd)2Si2O7:Ce and Gd2SiO5:Ce single crystal scintillators: A comparative study

The scintillation timing characteristics of (La,Gd)₂Si₂O₇:Ce (GPSLa23.5%:Ce) single crystal were studied and compared with Gd₂SiO₅:Ce (GSO:Ce) single crystal. The photoelectron yield, scintillation decay times and coincidence time resolution were measured. At 511 keV γ-rays, the photoelectron yield of 10,770 ± 500 phe MeV⁻¹ and energy resolution of 5.4 ± 0.2% obtained for GPSLa23.5%:Ce are much better than those of 3350 ± 160 phe MeV⁻¹ and 7.8 ± 0.3% obtained for GSO:Ce. The scintillation decay time profile was measured by the time-correlated single photon counting technique using a fast-slow coincidence setup. In both materials the comparable rise times of several nanoseconds are present. The fast component decay time of 56 ns with relative intensity of 49% obtained for GPSLa23.5%:Ce is inferior to that of 32 ns(88%) obtained for GSO:Ce. Consequently, the coincidence time resolution of GPSLa23.5%:Ce is slightly worse than that of GSO:Ce. The normalized time resolution was also discussed in terms of a number of photoelectrons and decay time of the scintillation pulse.     

Growth of high quality Ce~(3 ):YAP and (Ce~(3 ) Nd~(3 )): YAP single crystals

The effect of melt pretreatment of Ce~(3 ): YAP and (Ce~(3 ) Nd~(3 )): YAP and their growth ambient gases on the quality of the crystals are described. Firstly, a superheating pretreatment of YAP melt is adopted in a nitrogen atmosphere containing a little oxygen to eliminate carbon; then the YAP melt is superheated in a reduction atmosphere to fully reduce Ce~(4 ) ions into Ce~(3 ) ions in the melt. Finally, in a growth atmosphere of pure nitrogen, high quality Ce~(3 ): YAP and (Ce~(3 ) Nd~(3 )): YAP single crystals with high Ce~(3 ) concentration with only few light scattering centers were grown.     

（Ce，Cu）：LiNbO3晶体非挥发全息记录理论研究与优化

根据双中心带输运模型，对（Ce，Cu）：LiNbO3晶体双中心非挥发全息记录进行了理论研究与优化。推导了（Ce，Cu）：LiNbO3晶体的微观参量，采用数值方法通过严格求解模拟双中心带输运方程来模拟全息记录过程。分析了记录过程中，记录与敏化光强、Ce和Cu掺杂浓度以及晶体微观参量对（Ce，Cu）：LiNbO3晶体双中心全息记录的影响。发现（Ce，Cu）：LiNbO3晶体非挥发全息记录中实现高衍射效率与固定效率的主导因素是深中心Cu，在记录过程中，深中心Cu建立起了很强的空间电荷场。数值模拟的结果经过实验验证，最高饱和与固定衍射效率别为60．5％和53．8％。     

光强对(Cu,Ce)\:LiNbO3晶体非挥发性全息记录性质的影响

实验研究了 (Cu ,Ce)…LiNbO3 晶体用蓝光敏化红光全息记录的光强对记录灵敏度和饱和衍射效率的影响。敏化光增加了记录灵敏度 ,足够高的光强将导致灵敏度的饱和行为。记录光以亚线性的关系Ixr(x <1)增大记录曲线 η1/ 2 t初始记录阶段的斜率 ,因而降低了记录灵敏度。饱和衍射效率对记录光和敏化光光强的依赖关系表明了存在饱和衍射效率的极大值     

非相干光作用下的Ce：BaTiO3自泵浦相位共轭镜特性

地Ｃｅ：ＢａＴｉＯ３晶体的自泵浦相位共竟然非相干光作用下自泵浦相位共轭反射率增强的特性进行了研究。实验是在Ｈｅ－Ｎｅ激光产生稳态自泵浦相位共轭输出后，用非相干光平行ｃ轴照射来获得这一增强特性的，当水平移动非相干光入射位置，发现有两个区域非相干光作用能使相位共轭反射率增加，本文对此进行了相应的分析和讨论。