Cs2HfCl6和Cs2HfCl6∶Tl晶体的生长、光学和闪烁性能研究

本文使用坩埚下降法制备了ø7 mm的未掺杂Cs₂HfCl₆与Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl(摩尔分数)单晶,对晶体样品进行了物相、杂质含量、光学和闪烁性能的研究。该晶体属于立方晶系,空间群为Fm3m。在荧光和X射线激发下,未掺杂Cs₂HfCl₆晶体的发光主峰皆为380 nm,对应于自陷激子发光。Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体在荧光和X射线激发下,发射光谱中除了存在380 nm处的自陷激子发光,也存在505 nm处Tl⁺的sp-s²跃迁发光。Cs₂HfCl₆和Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体的光输出分别为37 000 photons/MeV和36 500 photons/MeV,在662 keV处的能量分辨率皆为3.5%。在¹³⁷Cs源激发下,Cs₂HfCl₆晶体的闪烁衰减时间为0.37 μs (4.2%)、4.27 μs (78.9%)和12.52 μs (16.9%),Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体的闪烁衰减时间为0.33 μs (3.5%)、4.09 μs (81.9%)和10.42 μs (14.5%)。     

Nd:YbVO4激光晶体的生长及热学性质

用提拉法沿a轴和c轴成功生长出质量优良的Nd:YbVO4新型单晶.采用HRXRD-D5005型高分辨X射线衍射仪测得晶体的摇摆曲线,可以测得(400)面的半峰宽为70.92″,(004)面的半峰宽为19.80″.测得掺杂浓度为1;原子分数Nd:YbVO4晶体中Nd离子的有效分凝系数Keff为0.54.在298.15～573.15K温度范围内测量了晶体的热膨胀系数,αa=2.6×10-6/K,αb=2.5×10-6/K,αc=8.7×10-6/K;测得比热值为0.45～0.65J/g·K.测量了晶体的热扩散系数a,从而得到了其热导率λ.     

Nd:LuVO4晶体的生长及其性能研究

采用提拉(Czochralski)法生长了Nd:LuVO4晶体.利用液相反应法,以V2O5和NH4OH生成NH4VO3,Nd2O3、Lu2O3和HNO3生成Nd(NO3)3和Lu(NO3)3反应制备多晶料;所生长Nd0.01Lu0.99VO4晶体为16×20×21 mm3,质量超过40g.以X射线荧光分析仪测得其生长中各主要元素的分凝系数.其中Nd3+约为0.91,V3+和Lu3+接近1.还测定了其介电常数ε11=27.2,ε33=33.9(30℃,1kHz),以同步辐射X射线白光形貌术观察了其内部质量.     

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.     

Yb3+:YVO4晶体的生长及光谱性能研究

采用提拉法生长出光学质量优良的Yb3+:YVO4晶体,研究生长过程中工艺参数的控制.测得掺杂浓度为18.1;Yb3+:YVO4晶体中Yb3+离子的有效分凝系数Keff为0.96.测定了不同Yb3+离子掺杂浓度晶体的吸收光谱和荧光光谱,并分别计算了不同掺杂浓度下Yb3+:YVO4晶体的光谱参数.本文总结和解释了掺杂浓度影响其性能的规律,讨论了Yb3+:YVO4晶体作为激光晶体的优点.     

GdVO4晶体的生长及其性能研究

采用提拉法沿a轴和c轴生长出无色透明的GdVO4单晶,质量均超过50g.用X射线荧光分析法测得两个主要元素Gd和V的分凝系数都接近1.室温下测量了GdVO4晶体的X射线粉末衍射图,确定所获GdVO4晶体属于四方晶系,D194h-I41/amd空间群.通过晶体的锥光干涉图确定GdVO4晶体为单轴晶,光轴方向平行于c轴且光学均匀性比较好.利用高分辨X射线衍射仪测量GdVO4晶体的摇摆曲线,结果表明生长的GdVO4晶体的晶格完整性较好.通过浮力法测得其室温下密度为5.478g/cm3.透过波谱表明透过波长大于340nm.     

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。     

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.     

水热法和熔盐法生长的Nb: KTP晶体成分和结构研究

利用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱、X射线衍射分析、显微激光拉曼光谱等测试手段研究了掺铌磷酸钛氧钾(Nb: KTP)晶体成分对结构的影响,分析比较了水热法和熔盐法生长的Nb: KTP晶体中Nb的含量及分布特征、晶体结构和化学键特征峰的变化等.结果表明:由于Nb的影响和NbO6八面体的收缩效应,Nb: KTP晶体的轴长发生了微小变化,晶胞体积有所减小,TiO6八面体和PO4基团的拉曼特征峰有不同程度漂移,其中水热法和熔盐法Nb: KTP晶体的有效分凝系数分别为0.268和0.348.同时,研究指出在Nb: KTP晶体生长时,应确定合理的掺Nb量.     

1英寸Cs2LiLaBr6∶Ce闪烁晶体的生长及性能研究

Cs₂LiLaBr₆∶Ce(CLLB∶Ce)晶体n/γ双读出闪烁性能优异,其实用化瓶颈在于大尺寸、高光学质量晶体的生长。本研究采用非化学计量比配比,避开CLLB∶Ce非一致熔融组分区域,通过改进研制坩埚下降法晶体生长炉,并优化温度场和降低坩埚下降速度等晶体生长工艺,从而克服组分过冷,保持生长界面稳定,得到了直径1英寸(1英寸=2.54 cm)的CLLB∶Ce晶体毛坯,等径透明部分长度达40 mm,单晶比例由52%提高至79%,可见光区光学透过率达到70%以上。在¹³⁷Cs激发下能量分辨率达3.7%,在²⁵²Cf激发下晶体的品质因子达到1.42,可以很好地甄别中子和γ射线。     

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。     

Cs2LiYCl6∶Ce晶体的n/γ双探测闪烁性能研究

Cs₂LiYCl₆∶Ce(CLYC)晶体是一种具有n/γ双探测能力的新型闪烁晶体。采用坩埚垂直下降法生长出富⁶Li的CLYC晶体毛坯,经加工、封装得到φ50 mm×50 mm的CLYC闪烁晶体封装件,其对¹³⁷Cs 662 keV γ射线的能量分辨率为4.22%;测量²⁵²Cf中子源的脉冲波形甄别(PSD)品质因子(FOM)为3.45。凭借其优异的性能,CLYC闪烁晶体有望在中子探测领域替代³He正比计数管,并可作为n/γ双探测的优选材料,应用于中子辐射探测器、放射性同位素识别仪、个人辐射剂量仪,以及其他中子、伽马射线的探测。     

RbY2Cl7:Ce晶体的生长和闪烁性能研究

采用坩埚下降法,在真空密封的石英坩埚中成功生长出复合稀土卤化物RbY2Cl7:Ce单晶.此晶体属于正交晶系,晶胞参数为:a=1.27469 nm,b=0.69302 nm,c=1.26655 nm.熔点为617℃.表征了该晶体的X射线光致激发-发光光谱、激发发射光谱、γ射线多道能谱及激发衰减曲线等闪烁性能.RbY2Cl7:Ce的激发-发射光谱显示发射峰在389 nm左右,激发峰在336 nm左右.在137Cs源的γ射线激发下能量分辨率约为9.8;,闪烁衰减时间约为35 ns.     

K2 LaCl5:Ce晶体的生长及闪烁性能研究

利用坩埚下降法生长出复合稀土卤化物K2 LaCl5:Ce单晶,该晶体为正交结构,晶胞参数为a=1.2745 nm,b=0.8868 nm,c=0.8018 nm,熔点为625℃.通过切割研磨抛光后得到φ12 mm×5 mm的透明圆柱体晶体.将该晶体进行X射线激发发射光谱、光致发光光谱、脉冲高度谱、γ射线衰减能谱、透过率等测试.在一定波段的紫外光以及X射线的激发下,K2 LaCl5:Ce晶体在355 nm与375 nm波长左右有宽的发射峰,分别对应于Ce3+的5d1→2 F5/2和5d1→2 F7/2能级跃迁.在紫外和γ射线的激发下,K2 LaCl5:Ce晶体的衰减时间分别为33 ns和23 ns,晶体的能量分辨率为5.9;.     

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。     

闪烁单晶钨酸锌的坩埚下降法生长

通过高温固相反应或湿化学法合成ZnWO4多晶料,采用垂直坩埚下降法生长出φ25 mm× 60 mm的透明完整钨酸锌单晶.应用X射线粉末衍射分析证实了所制备钨酸锌多晶与单晶的结晶物相,测试了钨酸锌单晶的紫外可见透射光谱、光致发射光谱和X射线激发发射光谱,讨论了此闪烁单晶的氧气氛退火效应.结果表明,该单晶的透射光谱在400～800 nm波长区域呈现典型光学透过性,其吸收截止边位于380 nm左右,在紫外激发光或X射线激发作用下,此单晶具有峰值波长位于470 nm的荧光发射;此单晶经980℃温度下的氧气氛退火处理,其晶体着色有所变浅而光学透过性得以明显改善.     

掺Sr2+溴化铈晶体的生长与闪烁性能研究

采用坩埚下降法生长了直径为25.4 mm的纯溴化铈晶体和0.1%、0.2%和0.5%(摩尔分数)Sr²⁺掺杂的溴化铈晶体。将所生长晶体加工成直径25.4 mm、厚度10 mm的坯件,并进行紫外和X射线激发荧光光谱、¹³⁷Cs源激发多道能谱等测试。结果表明:Sr²⁺掺杂会导致晶体X射线激发下的发射光谱出现轻微红移,而随着Sr²⁺掺杂量的增加,晶体的能量分辨率依次提高,光输出依次降低;当Sr²⁺掺杂量为0.5%时,溴化铈晶体的能量分辨率最高,达3.83%@662 keV,但过高含量的Sr²⁺掺杂会造成晶体生长困难。综合考虑晶体性能和生长情况,Sr²⁺掺杂量为0.2%时较为适宜,所获得的ϕ25.4 mm×25.4 mm CeBr₃∶0.2%Sr晶体封装件的能量分辨率为3.92%@662 keV。     

BGSO闪烁晶体力学性能研究

采用坩埚下降法生长了Ge的摩尔浓度分别为5;、10;、15;的硅锗酸铋晶体(BGSO).利用显微压痕实验系统研究了BGSO晶体的力学性能,包括维氏硬度Hv、断裂韧性Kc、屈服强度σ和脆性指数B.研究表明,BGSO晶体的力学性能参数Hv、Kc和σ随着Ge含量和载荷的增加而逐渐减小,而脆性指数B则增大.在Ge含量从0到15;范围内,BGSO晶体的力学性能基本上表现为BGO和BSO两种晶体力学性能的简单混合.