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.     

In∶Ce∶Cu∶LiNbO_3晶体的生长及存储性能研究

在Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体中掺进In2 O3 ,用CZ法首次生长In∶Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体。对晶体的抗光折变能力、红外光谱、指数增益系数、衍射效率和响应时间进行了测试 ,结果表明 :In(3mol% )∶Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体的抗光折变能力比Ce∶Cu∶LiNbO3 提高两个数量级 ,其OH-吸收峰由LiNbO3 的 3484cm-1移到 35 0 8cm-1,响应速度比Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体快三倍。对In∶Ce∶Cu∶LiNbO3 晶体抗光折变能力提高的机理、红外光谱OH-吸收峰紫移的机理进行了研究     

LaBr3:Ce,Sr闪烁晶体的生长及性能研究

采用自发成核坩埚下降法生长了直径25 mm的铈、锶共掺溴化镧(LaBr₃∶5%Ce,x%Sr,简称LaBr₃∶Ce, Sr,其中x=0.1、0.3、0.5,摩尔分数)闪烁晶体,测试对比了晶体的X射线激发发射光谱、透过光谱和脉冲高度谱等。结果表明,不同Sr²⁺掺杂浓度的LaBr₃∶Ce, Sr晶体在X射线激发下的发射光谱波形基本一致,但相比未掺杂Sr²⁺的样品,发射峰的峰位发生了明显的红移,随着Sr²⁺掺杂浓度的增大,发射峰红移程度增大。不同Sr²⁺掺杂浓度的LaBr₃∶Ce, Sr晶体在350～800 nm不存在明显的吸收峰,0.3%和0.5%Sr²⁺掺杂晶体的透过率有所降低。随着Sr²⁺掺杂浓度的增大,能量分辨率逐步提高,Sr²⁺掺杂浓度为0.5%时,LaBr₃∶Ce, Sr晶体的能量分辨率最高,达2.99%@662 keV...     

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.     

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。     

激光晶体Zr∶Yb∶LiNbO3的生长及光谱性质研究

采用Czochralski技术分别生长了双掺Zr4+(1mol;,2mol;,3mol;)和Yb3+(0mol;,1mol;,1mol;)的Zr∶Yb∶LiNbO3晶体.测试了晶体的XRD图谱并与标准图谱进行了比较.测量了晶体的红外透射光谱,OH-的振动吸收峰分别位于3485 cm-1、3488 cm-1和3488 cm-1,当Zr4+浓度达到2mol;以后,继续增大Zr4+浓度,OH-的振动吸收峰不发生移动.研究了晶体的室温吸收、发射光谱和荧光寿命特性,表明Zr∶Yb∶LiNbO3晶体是一种潜在的可用来发展具有抗光损伤的新型激光晶体材料.     

Eu∶Zn∶LiNbO3晶体全息存储性能的研究

在LiNbO3中掺进Eu2O3和ZnO生长Eu∶Zn∶LiNbO3晶体.采用二波耦合光路测试晶体的指数增益系数和衍射效率.以Eu∶Zn∶LiNbO3晶体作为存储元件,实现了全息关联存储.     

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∶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。     

In:Ce:Cu:LiNbO3晶体的生长及存储性能研究

在Ce∶Cu∶LiNbO3晶体中掺进In2O3,用CZ法首次生长In∶Ce∶Cu∶LiNbO3晶体.对晶体的抗光折变能力、红外光谱、指数增益系数、衍射效率和响应时间进行了测试,结果表明:In(3mol;)∶Ce∶Cu∶LiNbO3晶体的抗光折变能力比Ce∶Cu∶LiNbO3提高两个数量级,其OH-吸收峰由LiNbO3的3484 cm-1移到3508 cm-1,响应速度比Ce∶Cu∶LiNbO3晶体快三倍.对In∶Ce∶Cu∶LiNbO3晶体抗光折变能力提高的机理、红外光谱OH-吸收峰紫移的机理进行了研究.     

KCaCl3:Ce晶体的生长及发光性能

采用坩埚下降法生长出不同摩尔分数Ce³⁺(1%、2%、4%、6%、8%)掺杂的KCaCl₃:Ce单晶。晶体属于正交晶系,晶胞参数为a=0.756 0 nm,b=1.048 2 nm,c=0.726 6 nm。热重分析仪测得熔点为740 ℃,透过率测试显示晶体在可见光波段均具有较好光学透过率。对晶体的光致发光光谱、光致衰减时间、X射线激发发射光谱、透过率等光学性能进行了表征。光致发光光谱显示KCaCl₃:Ce晶体在358 nm和378 nm波长左右有宽的发射峰,符合Ce³⁺的5d₁→²F_5/2和5d₁→²F_7/2能级跃迁,通过拟合,KCaCl₃:Ce晶体的衰减时间在30 ns左右。晶体在X射线激发下均表现出优异的X射线发光性能。     

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。     

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.     

高温闪烁晶体Ce∶LSO的生长研究

Ce∶LSO晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大、发光衰减时间快、密度大、有效原子序数大、辐射长度短、发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测方面有着广泛的应用.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶LSO晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及籽晶熔断问题,并对晶体生长过程中的表面重熔、晶体着色及Ce的偏析等现象作了讨论.荧光光谱分析表明晶体最大激发波长为353nm,发射峰由391nm和425nm处两个峰组成,吸收谱则显示晶体在209～370nm之间具有多个吸收峰.     

退火温度对Ce∶YAlO_3单晶体的影响研究(英文)

将生长完成的Ce∶YAlO3单晶体在1680℃的高温氢气气氛下退火,晶体颜色、吸收光谱和荧光光谱相对于未退火的样品均发生了变化。本文对此现象进行了分析。研究结果表明,1680℃高温氢气退火后,Ce∶YAP晶体中同时包含YAP相和YAG相。     

掺铈溴化镧闪烁晶体封装技术的研究

研究了反射层材料、光耦合剂以及晶体表面形态等对φ25.4 mm ×25.4 mm圆柱形晶体样品的闪烁光收集效果的影响,研究结果表明:较有效的光耦合剂为折射率1.54的光学有机硅胶,反射层材料为聚四氟乙烯微粉,闪烁晶体表面形态为入射面粗糙,侧面和出光面抛光.     

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.     

Er∶LaAl3(BO3)4晶体的生长和光谱性质研究

采用助熔剂法生长了Er: LaAl3(BO3)4晶体.LaAl3(BO3)4晶体属正交晶系,晶胞参数a=0.93586(4) nm,b=0.79904(3) nm,c=0.43626 (6) nm,V=0.34595 nm3.测量了晶体在室温的吸收光谱和荧光光谱.该晶体吸收光谱能级丰富;在1533 nm波长处有较强的荧光光谱,对应于4I13/2→4I15/2的能级跃迁;晶体的荧光寿命为2.72ms.研究了晶体的热学性质,室温时的比热容大约为0.595 J/g·℃.     

Nd∶GdVO4激光晶体的光谱性质和热学性质

用提拉法生长了Nd∶GdVO4单晶,测量了其室温吸收谱和室温荧光谱,测量了其热扩散系数α和比热CP,从而得到了其热导率λ.可以看到Nd∶GdVO4晶体的吸收波长在808nm附近,与已经商品化的GaAlAs LD的发射波长能很好地匹配,从而增加了吸收效率,并且Nd∶GdVO4晶体具有较高的热导率,有望在高功率的激光系统中获得应用.所以Nd∶GdVO4晶体是理想的激光材料.