Li掺杂浓度对NaI∶Tl,Li晶体光学和闪烁性能的影响

具有中子-伽马双模探测能力的卤化物闪烁晶体在辐射探测领域展现出广阔的应用前景。本文使用布里奇曼法生长得到高光学质量的NaI∶Tl和NaI∶Tl, Li闪烁晶体,并系统研究了不同Li浓度掺杂NaI∶Tl晶体的光致激发和发射光谱、时间分辨光致发光曲线、X射线辐照发光光谱、伽马射线激发能谱,以及中子-伽马甄别性能。研究表明,NaI∶Tl晶体和NaI∶Tl, Li晶体在X射线激发下的发光峰位于345和410 nm,均来源于Tl⁺的sp-s²跃迁发光。随着Li浓度的增加,晶体的光产额由41 000 photons/MeV下降到23 000 photons/MeV,662 keV处的能量分辨率由7.0%劣化到9.6%。1%Li(原子数分数)掺杂的NaI∶Tl晶体具有最优的中子-伽马脉冲形状甄别(PSD)性能,品质因子(FoM)值达到4.56。     

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。     

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。     

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。     

坩埚下降法生长的大尺寸BaF2∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF₂∶5%Y(摩尔分数)晶体,并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0～300 mm范围内的Y³⁺掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经⁶⁰Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后,样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF₂∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF₂晶体,经过累积剂量辐照后,BaF₂∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。     

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.     

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.     

Cs4SrI6:Eu晶体的生长和闪烁性能研究

采用垂直布里奇曼法成功生长了一种Cs4SrI6:3;Eu闪烁晶体.毛坯晶体尺寸最大为φ25×70 mm3,是目前最大的Cs4SrI6:Eu单晶.XRD结果表明,晶体具有K4-CdCl6晶体结构,属于R-3C空间群,通过紫外-可见荧光光谱和X射线激发发射光谱,研究了晶体的荧光性能.研究了在137Cs662 keV辐射下Cs4SrI6:Eu单晶的闪烁性能和衰减时间,表明该晶体具有较高的光输出和优良的能量分辨率,衰减时间约为1.86μs.通过分析Eu2+在晶体中不同部位的浓度,计算出Cs4SrI6:Eu晶体中Eu2+的分凝系数约为1.136,结果表明Cs4SrI6:Eu晶体在辐射探测中具有潜在的应用前景.     

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。     

零维钙钛矿结构Cs3Cu2Br5单晶的生长和X射线探测性能

金属卤化物低维钙钛矿具有高效的发光性能,并且作为闪烁体在辐射探测领域表现出极大的潜力。本文采用布里奇曼坩埚下降法生长出全无机零维钙钛矿结构Cs₃Cu₂Br₅单晶。研究了Cs₃Cu₂Br₅的光学吸收、光致激发和发射,时间分辨光致发光和以及X射线探测性能。Cs₃Cu₂Br₅晶体结构为正交晶系,空间群为Pnma。在X射线激发下,Cs₃Cu₂Br₅晶体具有峰值约为467 nm的宽带发射,该发射来自自陷激子发射。Cs₃Cu₂Br₅的稳态光产额约为4 000 ph./MeV,且X射线余辉性能表现与BGO晶体相当。     

掺铈Cs2BaBr4晶体的生长和闪烁性能研究

以高纯度BaBr₂、CsBr、CeBr₃为原料,采用高温固相反应法合成了Cs₂BaBr₄∶1%Ce³⁺多晶料,并通过坩埚下降法生长了Cs₂BaBr₄∶1%Ce³⁺晶体。将晶体切割研磨抛光后得到不同厚度的Cs₂BaBr₄∶1%Ce³⁺晶片。对晶体进行了物相分析,XRD图谱表明晶体为一致熔融物,且无相变。研究了晶体的闪烁性能,测试了光学透射率、光致发光、X射线激发发光、多通道gamma能谱、衰减时间。与LaBr₃晶体对比,分析了晶体的吸湿性。结果表明,晶体的光学透过率接近80%,在一定波段的紫外光及X射线的激发下,晶体在349与372 nm波长有发射峰。¹³⁷Cs源伽马射线的激发下,能量分辨率为11%,在紫外激发下,晶体衰减时间为21.9 ns。晶体的吸湿性比LaBr₃晶体有大幅改善。     

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;.     

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...     

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.     

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%。     

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.     

直径2英寸氯化铈掺杂溴化镧晶体制备与闪烁性能研究

本文采用改进的Bridman法,以优化的工艺成功地定向生长出了φ50mm×50 mm的溴(氯)化镧(铈)晶体,即掺氯化铈的溴化镧晶体,简称LBC晶体,测量了样品的光输出、能量分辨率、闪烁时间特性等性能指标.结果表明,坩埚下降法定向生长φ50 mm的LBC晶体具有优异的闪烁性能,其能量分辨率为3.1;,光输出相当于NaI∶Tl晶体的156;,衰减时间为17ns.     

溴化铈晶体的生长与性能研究

采用改进的坩埚下降法生长出φ1.5"×1.5"的无宏观缺陷的溴化铈晶体毛坯.研究测试了溴化铈晶体的荧光光谱、紫外-可见透射光谱及光输出、能量分辨率、本底等闪烁性能.结果表明:在光致激发下,溴化铈晶体的发光主峰位于390 nm;其10 mm厚度样品在390nm处的光透过率为60;;φ1"×1"大小的样品在137Cs源的662 keV伽马射线作用下能量分辨率为4.26;,光输出相当于NaI(Tl)晶体的125;;溴化铈晶体中在0.005 Bq/g探测限下未检测到138La和227Ac元素,本底水平显著低于掺铈溴化镧晶体.     

新型红外非线性光学晶体BaGa2GeSe6的生长与器件制备

钡镓锗硒(BaGa₂GeSe₆,BGGSe)晶体是由中国科学家发明的一种性能优异的新型红外非线性光学材料.目前国内未见到关于该晶体的大尺寸制备报道.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出BGGSe多晶,单次合成量达到400 g;采用坩埚下降法生长出大尺寸高质量BGGSe单晶,尺寸为φ30 mm×90 mm,为国内首次;通过定向、切割和抛光等处理工艺,成功制备出BGGSe晶体器件,为该晶体下一步的应用研究打下了坚实基础.