各类闪烁晶体性能对比
高品质稀土卤化物及其闪烁晶体的研究与发展现状
高品质稀土卤化物及其闪烁晶体是当前科学研究与技术应用领域的重要方向。
这些材料在光学、电子学、核科学等领域有着广泛的应用前景，尤其是在闪烁晶体方面，它们被广泛应用于高能物理、核医学、地质学等领域。
在高品质稀土卤化物及其闪烁晶体的研究方面，科学家们不断探索新的合成方法，以提高材料的纯度、稳定性和性能。
同时，他们也在研究如何通过掺杂、修饰等手段，进一步优化这些材料的性能，以满足不同应用场景的需求。
在发展现状方面，随着科技的进步和需求的增长，高品质稀土卤化物及其闪烁晶体的制备技术不断提高，产品的质量和性能也不断提升。
同时，随着研究的深入和应用的拓展，这些材料的应用领域也在不断扩大。
然而，尽管取得了显著的进展，但高品质稀土卤化物及其闪烁晶体的研究与发展仍面临一些挑战。
例如，如何进一步提高材料的性能和稳定性，以满足更严格的应用要求；如何降低生产成本，提高产品的竞争力；如何解决环保问题，实现可持续发展等。
未来，随着科学技术的不断进步和创新能力的不断提升，我们有理由相信，高品质稀土卤化物及其闪烁晶体的研究与发展将取得更大的突破和成就。
、总之，高品质稀土卤化物及其闪烁晶体的研究与发展是一个充满挑战和机遇的领域。
我们需要不断加强基础研究和技术创新，推动产学研合作和科技成果转化，以实现高品质稀土卤化物及其闪烁晶体的可持续发展。
闪烁晶体光谱特性多参数综合测试技术研究
文献 标 识 码 ： Ａ Ｄ Ｉ １． ９ ４ｊｉ ｎ １０—５ ３２ １ ）８２ ８—３ Ｏ ： ０ ３ ６／．ｓ ． ０００ ９ （０ ００ —１４０ ｓ
中 图分 类 号 ： ７ １ Ｔ ８２ Ｏ ２ ； Ｌ １
体材料的性能测试需求 ， 本文研究了一种对 闪烁 晶体 的出射
Ｌ ２ｊ ： ｅ ， ｕ ２ Ｓ Ｏ７ Ｃ ，Ｆ Ｙ双掺 钨酸铅 ，Ｃ ＢＯ Ｃ 和 ＳＢＯ Ｃ 等 ａ ｉ２ １ ｒ ｉ２ １ 材料 的研制与测 试方 面做 了大量 工作＿ 。文 献［ ］ 综合 ９］ 。 ５则
测 试 了 Ｌ ０ ： ｅ ＹＳ ： ｅ Ｓ ： ｅ Ｂ Ｏ 等 晶 体 在 Ｓ Ｃ ，Ｌ Ｏ Ｃ ，Ｇ ０ Ｃ 和 Ｇ
国内 中 国科 学 院 上海 硅 酸 盐研 究 所 、中 国 科 学 院 安 徽 光
一
～
机所 、 北京玻璃研究院、长春理 工大 学等单位在新型 闪烁 晶
体 ，如 ＰＷ０ ， Ｐ ｂ ４ ＷＯ， Ｎａ ｉ Ｗ ０ ） ， Ｃ 。 ： Ｙ Ｂ （ ４２ ｅ ＡＧ，
为消除工频干扰 ，系统采用同轴电缆线 ，且在示波器输
达到对材料与产品内部缺陷与装配结构 的无损检测 ，其性能
好坏直接影响 到检测 系统的探测 灵敏度 与图像 的空 问分辨 率［ ］ Ｉ 。目前 ，常 用 的 闪烁 晶体 有 Ｎａ，Ｃ Ｉ ３ ０，Ｂ Ｆ ， 。 Ｉ ｓ，１３ （ ａ ２
Ｇ ２ Ｓ ｂ Ｏ ， Ｐ： ｅ Ｇ Ｏ ： ｅ和 Ｌ Ｏ ： ｅ 。 ｄ０２ ，Ｐ Ｗ ４ ＹＡ Ｃ， Ｓ Ｃ Ｓ Ｃ 等 评
受 Ｘ射线激发后光 谱响应的多参数综合光电检测系统 。 通过 系统 的光 谱输 出接 口直接测试闪烁晶体的射线 转换光谱 ， 通过 电压输出接 口测试 Ｐ Ｎ光敏二极管输出的光 伏电压 ， Ｉ 进而采用 等效电路法计算 闪烁晶体的 荧光逸出功率 。 测试结果表明 ， 光逸 出效率随 ｘ射线管 电流的增 大而减小 。 荧 本研究对其他闪烁 晶体光谱特
晶体、闪烁体介绍及供应
闪烁体系列
销售部制作
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பைடு நூலகம்
概述
闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，在 辐射探测领域发挥着十分重要的作用。
在医学上，闪烁体是核医学影像设备的核心部件，通过它 医生可以快速诊断出人体各器官的病变、肿瘤组织的大小 和位置。可以帮助病人及早发现疾病并及时预防和治疗。 在行李安检、集装箱检查、大型工业设备无损探伤、石油 测井、放射性探测、环境监测等领域都发挥着不可替代的 作用。 闪烁体还是制造各类对撞机中电磁量能器的重要材料，它 可以捕捉核反应后产生的各种粒子的信息，是人类探索微 观世界及宇宙演变奥秘的重要工具。
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内容介绍
一、生产流程
二、生产环境
三、工艺水平
四、产品介绍
五、性能测试
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生产流程
选料
切割
封装
外观处理
废品
检验
包装入库
测试
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生产环境
闪烁体阵列的大部分加工流程都是在洁净间中完成，将环境 中的粉尘、水汽等因素干扰降至最低，充分保障产品质量
均匀性测试：
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介于我们良好的加工技能，使其性 能，高透明度，能更好的始于设备各 种尺寸，规格，使其闪烁体在该设备 中有不可替代的作用，并适用于各个 领域。
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欢迎来电垂询！ 联系人： 联系方式：
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LCD、PDP、DLP、CRT比对
对比度
使用寿命 功耗 拼接性能
使用寿命可以达到5万小时以上 40寸的LCD功耗为170瓦
LCD的拼接面积比较小,整体的的 而DLP的拼接虽然达到了无缝拼接, 真彩平衡容易调整, 图象的真彩 可它笨重的体积是一大缺点; 图不够,屏与屏之间真彩平衡难 以实现;从环保来说,
主要参数比对
LCD
清晰度 大 都 已 达 1280x1024，最高 可达1920x1080。
CRT
使用电视线来定 义其清晰度。
等离子
大部已达852x480,少 数可达1024x768。 屏幕色彩度较好，但 容易灼伤。 寿命可达4万小时 功耗较高 因为维护和维修难度 大，在大屏拼接时应 用得比较少。 没有小尺寸的产品 自主发光，亮度高
DLP
画面有闪烁，刺 画面对比度、 不会有残影，画 稳定性 面稳定、无闪烁。 眼。 使用寿命 功耗 拼接性能 寿命可达5万小时 以上 功耗最低 拼接面积小，整 体的的真彩平衡 容易调整，缝隙 相对较大。 小 亮度不高，但很 均匀 寿命达5万小时 以上，寿命最长 功耗较高 不能拼接成大屏 幕墙
灼伤问题
使用寿命 功耗 拼接性能
使用寿命可以达到5万小时以上 40寸的LCD功耗为170瓦，较低 LCD没有“磷”，不会灼伤. LCD闪烁低，而且LCD产品寿命是 等离子的两倍. 大屏LCD在可视角度、响应时间 、亮度和色彩还原上都比等离子 更有优势.
LCD vs DLP DLP LCD
成象原理 通过电流来改变液晶面板上的薄 高电压来激活显像单元中的特殊气 膜型晶体管内晶体的结构，使它 体，使它产生紫外线来激发磷光物 质发光 显像。 几乎所有的液晶电视都可以达到 1280x1024的高分辨力，最高的 已达1920x1080. 不会有残影 对比度高，黑白图像清晰，暗部层 次丰富。色 彩饱和度不够好，色彩表现不够生 动,特别是移动画面的色彩更不理想 。其次彩虹现象 DLP光源灯泡一般只有6000小时的 寿命，灯泡需经常更换。 DLP拼接幕墙产生的热量大 清晰度
Cs_(2)HfCl_(6)和Cs_(2)HfCl_(6)∶Tl晶体的生长、光学和闪烁性能研究
第50卷第5期2021年5月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.50㊀No.5May,2021Cs 2HfCl 6和Cs 2HfCl 6ʒTl 晶体的生长、光学和闪烁性能研究成双良1,2,任国浩2,吴云涛2(1.上海理工大学材料科学与工程学院,上海㊀200082;2.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海㊀201800)摘要:本文使用坩埚下降法制备了ϕ7mm 的未掺杂Cs 2HfCl 6与Cs 2HfCl 6ʒ0.2%Tl(摩尔分数)单晶,对晶体样品进行了物相㊁杂质含量㊁光学和闪烁性能的研究㊂该晶体属于立方晶系,空间群为Fm 3m ㊂在荧光和X 射线激发下,未掺杂Cs 2HfCl 6晶体的发光主峰皆为380nm,对应于自陷激子发光㊂Cs 2HfCl 6ʒ0.2%Tl 晶体在荧光和X 射线激发下,发射光谱中除了存在380nm 处的自陷激子发光,也存在505nm 处Tl +的sp-s 2跃迁发光㊂Cs 2HfCl 6和Cs 2HfCl 6ʒ0.2%Tl 晶体的光输出分别为37000photons /MeV 和36500photons /MeV,在662keV 处的能量分辨率皆为3.5%㊂在137Cs 源激发下,Cs 2HfCl 6晶体的闪烁衰减时间为0.37μs (4.2%)㊁4.27μs (78.9%)和12.52μs (16.9%),Cs 2HfCl 6ʒ0.2%Tl 晶体的闪烁衰减时间为0.33μs (3.5%)㊁4.09μs (81.9%)和10.42μs (14.5%)㊂关键词:Cs 2HfCl 6ʒTl;自陷激子发光;sp-s 2跃迁;闪烁晶体;坩埚下降法;能量分辨率中图分类号:O734㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2021)05-0803-06Optical and Scintillation Properties of Cs 2HfCl 6and Cs 2HfCl 6ʒTl Single Crystals Grown by the Bridgman MethodCHENG Shuangliang 1,2,REN Guohao 2,WU Yuntao 2(1.School of Materials Science and Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200082,China;2.Shanghai Institute of Ceramics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201800,China)Abstract :The ϕ7mm undoped Cs 2HfCl 6and Cs 2HfCl 6ʒ0.2%Tl(mole fraction)single crystals were grown by the Vertical Bridgman method.The phase,impurities concentrations,luminescence and scintillation properties of crystal samples were studied.Both crystals belong to the cubic crystal structure and the space group of Fm 3m .When excited by ultraviolet light andX-ray,both crystals exhibit an emission peak at 380nm originated from self-trapped excitons emission,and Cs 2HfCl 6ʒ0.2%Tl crystal exhibits an extra Tl +sp-s 2transition induced emission at 505nm.Cs 2HfCl 6and Cs 2HfCl 6ʒ0.2%Tl possess high light yields of 37000photons /MeV and 36500photons /MeV respectively and both have excellent energy resolutions of 3.5%at 662keV under excitation of 137Cs source.The scintillation decay time of undoped Cs 2HfCl 6is comprised of 0.37μs (4.2%),4.27μs (78.9%)and 12.52μs (16.9%).The scintillation decay time of Cs 2HfCl 6ʒ0.2%Tl is comprised of 0.33μs (3.5%),4.09μs (81.9%)and 10.42μs (14.5%).Key words :Cs 2HfCl 6ʒTl;self-trapped exciton emission;sp-s 2transition;scintillation crystal;Bridgman method;energy resolution㊀㊀㊀收稿日期:2021-03-09㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(11975303);上海市自然科学基金(20ZR1473900);上海张江国家自主创新示范区专项发展资金重大项目(ZJ2020-ZD-005);上海市科委 科技创新行动计划 高新技术领域项目(20511107400)㊀㊀作者简介:成双良(1996 ),男,江苏省人,硕士研究生㊂E-mail:csl123450@ ㊀㊀通信作者:吴云涛,博士,研究员㊂E-mail:ytwu@ 0㊀引㊀㊀言近年来,随着核医学成像㊁国土安全以及高能物理等领域对于核辐射探测器性能要求的日益提高,作为探测器核心的闪烁晶体也在不断发展[1-3]㊂高性能辐射探测谱仪要求闪烁晶体拥有高密度㊁高光输出㊁高能804㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第50卷量分辨率和快衰减时间等性质㊂到目前为止,最具有代表性的高性能γ能谱探测闪烁晶体是LaBr3ʒCe和SrI2ʒEu㊂这两种闪烁晶体都有非常优异的光输出(>60000photons/MeV)和能量分辨率(<3%@662keV)等性质[4-5]㊂然而这两种晶体的强潮解性和晶体结构对称度较低所造成的各向异性,严重影响着这些晶体材料的生长和加工,大大提高了使用成本㊂不仅如此,由于掺杂离子带来的自吸收和发光不均匀性也使这些晶体的闪烁性能随着尺寸的增加而明显劣化㊂因此,开发一种潮解性弱㊁结构对称性高㊁本征发光㊁无自吸收且同时有着优异闪烁性能的卤化物闪烁晶体成为国际闪烁晶体领域追逐的目标㊂美国Fisk大学的Burger教授在2015年发现的Cs2HfCl6(CHC)单晶正是一种有着以上诸多优异特性的闪烁晶体[6]㊂CHC有着较高的相对原子序数(Z eff=58)和密度(ρ=3.86g/cm3),对射线的阻止能量强㊂CHC属于立方晶系,对称度高,同时潮解性微弱,易于生长和加工㊂由于这种材料的发光机理为自陷激子发光,拥有较大的斯托克斯频移(约2.5eV),所以具有高发光效率和弱自吸收的优点㊂同时,CHC晶体闪烁性能优异,光输出达到54000photons/MeV,能量分辨率为3.3%@662keV[7-9]㊂不仅如此,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Steve Payne博士在基于能量非线性响应曲线的拟合中发现,CHC的理论能量分辨率可以达到1.37%@662keV,这表明在经过合理的晶体质量和组分优化后,CHC晶体很可能成为首个在662keV处能量分辨率突破2%的闪烁材料[6]㊂Tl+是一种常用的闪烁晶体掺杂剂,广泛应用在NaIʒTl和CsIʒTl等传统闪烁晶体中㊂日本东北大学的Saeki为了优化CHC的闪烁性能,生长并研究了Tl+掺杂的CHC晶体,并报道了部分闪烁性能,其光输出为23700photons/MeV,明显劣于未掺杂的CHC晶体(27500photons/MeV)[10]㊂然而该研究中使用的HfCl4原料纯度较低(质量分数99.9%),未经过进一步提纯处理,并且样品光学质量较差㊂本文使用升华法提纯了HfCl4原料,使用坩埚下降法成功生长了高光学质量的CHC与CHCʒTl单晶,研究了提纯前后杂质含量与晶体内Tl+的实际含量,并对Tl+掺杂前后CHC晶体的物相㊁光学性能与闪烁性能进行了系统的表征和分析㊂1㊀实㊀㊀验1.1㊀晶体生长晶体生长使用的原料为HfCl4(99.9%,APL Engineered Materials)㊁CsCl(99.999%,Sigma Aldrich)和TlBr (99.995%,Sigma Aldrich)㊂由于市售HfCl4纯度较低,在使用前须经过升华提纯处理,基于HfCl4的高蒸气压与低升华点[11],升华温度为350~450ħ,时间为24h㊂将准备好的原料以Cs2HfCl6与Cs2HfCl6ʒ0.2%Tl (摩尔分数)的化学计量比配好,并装到直径为7mm的石英坩埚中㊂石英坩埚在使用前经过去离子水清洗,并在真空中烘干12h以确保坩埚内壁无水分与其他杂质㊂将装有原料的石英坩埚进行抽真空操作,当坩埚内气压小于10Pa后进行焊封以保证晶体生长过程处于真空状态㊂整个装料与封管过程均在充满氩气的手套箱中进行,手套箱内的水氧含量均小于10-7㊂将封好的装有原料的坩埚置于布里奇曼晶体生长炉内,根据相图,Cs2HfCl6的熔点为820ħ,因此升温至850ħ并保温24h以保证原料充分熔化并反应[12]㊂将温度降至熔点820ħ并进行晶体生长,晶体生长速度为0.5mm/h,结晶界面的温度梯度约为30~35ħ/cm㊂在晶体生长结束后以10ħ/h的速率降温至室温㊂1.2㊀性能测试原料提纯前后杂质含量与晶体内Tl+含量使用美国安捷伦公司的5100vdv型电杆耦合等离子体发射(ICP-OES)光谱仪进行测试㊂粉末X射线衍射(PXRD)图谱使用丹东浩元公司的DX-2800型X射线粉末衍射仪进行测试㊂使用的靶材为Cu,测试范围2θ为10ʎ~70ʎ,使用的电压和电流分别为40kV和40mA㊂吸收光谱使用PermkinElmer Lambda950型紫外-可见-近红外分光光度计进行测试㊂测试的波长范围为200~800nm㊂荧光激发和发射光谱使用Horiba FluoroMax+型荧光光谱仪进行测试,使用的光源为氙灯㊂X射线激发发射光谱测试中使用JF-10型携带式诊断X射线机作为激发光源,并且联立Horiba FluoroMax+型荧光光谱仪进行谱图采集,使用的电压和电流分别为50kV和5mA㊂㊀第5期成双良等:Cs 2HfCl 6和Cs 2HfCl 6ʒTl 晶体的生长㊁光学和闪烁性能研究805㊀137Cs 源激发下晶体的多道能谱使用经过量子效率校正的滨松R2059光电倍增管(PMT)和高量子效率的滨松R6231-100PMT 进行测试,分别用于单光子峰法标定绝对光输出和能量分辨率的计算[13],使用的高压分别为-1700V 与-1000V,使用的时间门宽均为10μs 以尽可能收集闪烁光㊂闪烁衰减时间曲线使用滨松R6231-100PMT 与Tektronix DPO 5104数字荧光示波器测试,使用的电压为-1000V㊂2㊀结果与讨论2.1㊀晶体生长与物相分析生长得到的晶体与加工后的样品如图1所示㊂图1(a)㊁(b)分别为未掺杂的CHC 与CHCʒTl 的晶锭和加工后的样品照片㊂晶体的直径为7mm,切割并抛光后的样品的尺寸为4mm ˑ4mm ˑ3mm㊂图中可以看出生长出的晶体透明㊁无色且无包裹体㊂未掺杂的CHC 与CHCʒTl 的PXRD 图谱如图2所示㊂由于Tl +的掺杂含量很低,掺杂前后的衍射峰角度与强度几乎不变㊂两种材料的衍射图谱与CHC 的标准卡片PDF#32-0233一致,并且没有多余的衍射峰出现,这表明不存在第二相㊂CHC 与CHCʒTl 均属于立方晶系,空间群为Fm 3m [14]㊂如表1所示,经过升华提纯后的HfCl 4原料中的Zr 含量只有0.046%(摩尔分数,下同),比提纯前(0.098%)减少了近53%,这证明升华提纯工艺可以显著提高原料的纯度,从而减少晶体中的杂质含量㊂对于CHCʒTl 晶体,在初始掺杂0.2%Tl +的情况下,晶体中Tl +的实际含量为0.12%㊂这说明Tl +在CHC 晶体生长过程中存在明显的分凝现象㊂图1㊀CHC(a)与CHCʒTl(b)的晶锭和样品照片Fig.1㊀Photographs of crystal ingots and samples of CHC (a)and CHCʒTl(b)图2㊀CHC 与CHCʒTl 的粉末X 射线衍射图谱Fig.2㊀PXRD patterns of CHC and CHCʒTl表1㊀提纯前后HfCl 4原料㊁CHC 与CHCʒTl 晶体中Zr 与Tl 的含量(摩尔分数)Table 1㊀Zr and Tl concentration in HfCl 4(before and after purification ),CHC and CHCʒTl crystals (mole fraction )Zr content /%Tl content /%HfCl 4(raw)0.098 HfCl 4(purified)0.046 CHC 0.062 CHCʒTl 0.0430.122.2㊀光学性能为了研究CHC 与CHCʒTl 的光学性能,首先测试了这两种晶体的吸收光谱㊁荧光激发和发射光谱㊂样品为直径7mm㊁厚度约1.5mm 的晶片且双面抛光㊂如图3(a)所示,CHC 与CHCʒTl 的吸收光谱中都存在三个吸收峰,分别位于215nm㊁245nm 和270nm 处㊂根据文献报道,215nm 处的吸收峰与CHC 的自陷激子发光相关,245nm 处的吸收峰与HfCl 4原料中伴生的Zr 杂质相关,270nm 处强吸收峰的来源尚未见报道[15]㊂但在Vanecek 等[16]的研究中发现,CHC 的激发光谱中存在以270nm 左右为中心的激发峰,对应的发光峰与215nm 紫外光激发得到的发光一致,也在380nm 左右㊂这个吸收可能来自某种未知杂质或缺陷,有待进一806㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第50卷步研究㊂对比未掺杂的CHC的吸收峰,在CHCʒTl的吸收光谱中没有观察到Tl+吸收峰,这可能是由于Tl掺杂量较低或者Tl+的吸收与其他吸收带有重叠㊂CHC与CHCʒTl的荧光激发与发射光谱如图3(b)㊁(c)所示㊂当监测380nm处发光时,两种晶体的激发光谱几乎一致,激发峰位于270nm左右,这与吸收光谱中270nm处的吸收峰相对应,与文献报道一致[16]㊂而当使用300nm的紫外光激发CHCʒTl样品时,观察到发射光谱中出现一个505nm处的发光峰,与Tl+相关㊂当监测505nm处发光时,激发光谱中245nm处的激发峰增强,同时观察到280nm处的激发峰㊂根据文献报道,245nm处的激发峰对应Zr杂质相关的发光,此激发峰变强是因为505nm处除了Tl+相关发光外,还包含了一部分Zr杂质相关的发光[10]㊂Zr杂质相关的发光峰位于435nm左右,当监测505nm处时这部分发光强于监测380nm处,因此245nm处的激发峰变强㊂而280nm处的激发峰对应Tl+相关的505nm处发光,根据文献报道,可以认为这个发光来自Tl+的sp-s2跃迁[10]㊂图3㊀(a)CHC和CHCʒTl的吸收光谱;(b)CHC的荧光激发与发射光谱;(c)CHCʒTl的荧光激发与发射光谱Fig.3㊀(a)Absorption spectra of CHC and CHCʒTl;photoluminescence excitation and emissionspectra of CHC(b)and CHCʒTl(c)2.3㊀闪烁性能CHC与CHCʒTl的X射线激发发射光谱如图4(a)所示㊂这两种晶体的主发射峰均位于380nm左右,对应CHC的自陷激子发光㊂而CHCʒTl在505nm处的相对发光强度略强于未掺杂的CHC,这部分发光来自Tl+的sp-s2跃迁,与荧光光谱结果一致㊂为了标定CHC与CHCʒTl的绝对光输出,使用经过量子效率校正的滨松R2059PMT测试了样品在137Cs 源激发下的多道能谱,并同时测试了直径1英寸(2.54cm)的NaIʒTl标样作为参比样品,具体能谱如图4(b)所示㊂使用单光子峰法标定得到的CHC㊁CHCʒTl和NaIʒTl的绝对光输出分别为(37000ʃ2000)photons/MeV㊁(36500ʃ2000)photons/MeV和(45000ʃ2000)photons/MeV㊂未掺杂CHC的绝对光输出与报道中最佳的结果(36400photons/MeV)接近,并且比Saeki报道的结果高35%,而CHCʒTl的光输出比Saeki的结果高56%[8,10]㊂这与本文中制备晶体的高光学质量和低杂质含量相关㊂本文采用了高量子效率的滨松R6231-100PMT评价CHC和CHCʒTl样品的能量分辨率㊂137Cs源激发下的多道能谱如图5所示㊂未掺杂的CHC与CHCʒTl的在662keV处的能量分辨率均为(3.5ʃ0.2)%,该结果与报道的最佳能量分辨率接近(2.8%@ 662keV)[8]㊂CHC和CHCʒTl晶体在137Cs源激发下的闪烁衰减曲线如图6所示,采用三指数衰减曲线拟合㊂未掺杂的CHC的衰减时间分别为0.37μs(4.2%)㊁4.27μs(78.9%)和12.52μs(16.9%),CHCʒTl的衰减时间分别为0.33μs(3.5%)㊁4.09μs(81.9%)和10.42μs(14.5%)㊂两种晶体的三个分量占比都很接近,CHCʒTl 的衰减时间要略快于未掺杂的CHC样品㊂其中4μs左右的主分量来自CHC的自陷激子发光,慢于10μs的分量,来自晶体中存在的Zr杂质,而最快的分量来源尚且未知,有待进一步研究㊂CHCʒTl的衰减曲线中未发现Tl+对应的衰减时间分量,这可能是Tl+的发光在整个闪烁脉冲中占比较低,与其他分量叠加到一起导致的㊂㊀第5期成双良等:Cs2HfCl6和Cs2HfCl6ʒTl晶体的生长㊁光学和闪烁性能研究807㊀图4㊀(a)CHC和CHCʒTl的X射线激发发射光谱;(b)137Cs源激发下的CHC㊁CHCʒTl和NaIʒTl的多道能谱(滨松R2059PMT)Fig.4㊀(a)X-ray induced radioluminescence spectra of CHC and CHCʒTl;(b)pulse height spectra of CHC,CHCʒTl and NaIʒTl under137Cs irradiation图5㊀137Cs源激发下的CHC(a)和CHCʒTl(b)的多道能谱(滨松R6231-100PMT)Fig.5㊀Pulse height spectra of CHC(a)and CHCʒTl(b)under137Cs irradiation图6㊀CHC(a)和CHCʒTl(b)的闪烁衰减时间曲线Fig.6㊀Scintillation decay curves of CHC(a)and CHCʒTl(b)3㊀结㊀㊀论本文使用坩埚下降法生长了高质量Cs2HfCl6与Cs2HfCl6ʒ0.2%Tl单晶㊂相比CHC晶体,CHCʒTl晶体除了380nm处的本征自陷激子发光外,还观察到Tl+的sp-s2跃迁所对应的505nm处发光㊂CHC和CHCʒTl晶体光输出分别为37000photons/MeV和36500photons/MeV,而662keV处的能量分辨率都可达到3.5%㊂808㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第50卷CHCʒTl的闪烁衰减时间为0.33μs(3.5%)㊁4.09μs(81.9%)和10.42μs(14.5%),各分量都略快于未掺杂的CHC㊂后续工作中,将进一步优化Tl+的掺杂量,研究Tl+对CHC晶体闪烁发光物理过程以及闪烁性能的影响㊂参考文献[1]㊀NIKL M,YOSHIKAWA A.Recent R&D trends in inorganic single-crystal scintillator materials for radiation detection[J].Advanced OpticalMaterials,2015,3(4):463-481.[2]㊀YOKOTA Y,KUROSAWA S,SHOJI Y,et al.Development of novel growth methods for halide single crystals[J].Optical Materials,2017,65:46-51.[3]㊀DORENBOS P.Fundamental limitations in the performance of Ce3+-,Pr3+-,and Eu2+-activated scintillators[J].IEEE Transactions onNuclear Science,2010,57(3):1162-1167.[4]㊀CHEREPY N J,HULL G,DROBSHOFF A D,et al.Strontium and Barium iodide high light yield scintillators[J].Applied Physics Letters,2008,92(8):083508.[5]㊀VAN LOEF E V D,DORENBOS P,VAN EIJK C W E,et al.High-energy-resolution scintillator:Ce3+activated LaBr3[J].Applied PhysicsLetters,2001,79(10):1573-1575.[6]㊀BURGER A,ROWE E,GROZA M,et al.Cesium hafnium chloride:a high light yield,non-hygroscopic cubic crystal scintillator for gammaspectroscopy[J].Applied Physics Letters,2015,107(14):143505.[7]㊀KANG B,BISWAS K.Carrier self-trapping and luminescence in intrinsically activated scintillator:cesium hafnium chloride(Cs2HfCl6)[J].The Journal of Physical Chemistry C,2016,120(22):12187-12195.[8]㊀ARIESANTI E,HAWRAMI R,BURGER A,et al.Improved growth and scintillation properties of intrinsic,non-hygroscopic scintillatorCs2HfCl6[J].Journal of Luminescence,2020,217:116784.[9]㊀LAM S,GUGUSCHEV C,BURGER A,et al.Crystal growth and scintillation performance of Cs2HfCl6and Cs2HfCl4Br2[J].Journal of CrystalGrowth,2018,483:121-124.[10]㊀SAEKI K,FUJIMOTO Y,KOSHIMIZU M,et al.Luminescence and scintillation properties of Tl-and Ce-doped Cs2HfCl6crystals[J].JapaneseJournal of Applied Physics,2017,56(2):020307.[11]㊀HAWRAMI R,ARIESANTI E,BULIGA V,et al.Advanced high-performance large diameter Cs2HfCl6(CHC)and mixed halides scintillator[J].Journal of Crystal Growth,2020,533:125473.[12]㊀KRÁL R,ZEMENOVÁP,VANĚC㊅EK V,et al.Thermal analysis of cesium hafnium chloride using DSC-TG under vacuum,nitrogen atmosphere,and in enclosed system[J].Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2020,141(3):1101-1107.[13]㊀MOSZYNSKI M,KAPUSTA M,MAYHUGH M,et al.Absolute light output of scintillators[J].IEEE Transactions on Nuclear Science,1997,44(3):1052-1061.[14]㊀MANIV S.Crystal data for Cs2HfCl6[J].Journal of Applied Crystallography,1976,9(3):245.[15]㊀KRÁL R,BABIN V,MIHÓKOVÁE,et al.Luminescence and charge trapping in Cs2HfCl6single crystals:optical and magnetic resonancespectroscopy study[J].The Journal of Physical Chemistry C,2017,121(22):12375-12382.[16]㊀VANECEK V,KRAL R,PATEREK J,et al.Modified vertical Bridgman method:time and cost effective tool for preparation of Cs2HfCl6singlecrystals[J].Journal of Crystal Growth,2020,533:125479.。
211210992_镥基闪烁晶体研制分析
552023年3月上 第05期 总第401期工艺设计改造及检测检修China Science & Technology Overview0.引言以硅酸镥（LSO）、铝酸镥（LuAG）等为代表的镥基闪烁晶体以其在闪烁特性、生长工艺等方面的优势发挥着关键性作用。
材料技术人员应当针对镥基闪烁晶体的特性与制备方式进行全方位梳理和优化，进一步降低晶体制备成本，提升晶体闪烁性能，为推进镥基闪烁晶体研发与应用的不断发展提供更加充分的支持和动力。
1.闪烁晶体的概述与应用场景一般来说，所谓闪烁晶体主要指的是在各类高能粒子的撞击下能够将粒子动能转化为光能，从而发出闪烁光芒的一种晶体类型，在高能物理、核医学成像、工业CT 等场景当中具有极为广泛的应用价值。
在早期的商业化应用当中，常用的闪烁晶体类型主要包括掺铊碘化钠闪烁晶体（Nal （Tl））、锗酸铋晶体（BGO）、钨酸镉晶体（CdWO 4）等几种类型，但由于这些闪烁晶体的生产成本较高，闪烁性能不佳，一些晶体甚至存在较强的毒性，因此亟待针对晶体生长工艺进行优化与改良。
2.镥基闪烁晶体的主要类型与特点2.1硅酸镥系列闪烁晶体2.1.1 Lu 2SiO 5晶体作为硅酸镥（LSO）晶体系列当中最常见的一种类型，Lu 2SiO 5晶体对于高能粒子撞击的反应时间较为短暂，发光效果较好，受外界环境影响较小，因此适宜应用在高能物理领域的粒子探测以及核医学成像等领域当中[1]。
20世纪末期，国外学者就针对Lu 2SiO 5晶体的闪烁性能进行了全面研究，并提出了相应的应用策略。
但与此同时，Lu 2SiO 5晶体同样也存在着一定的短板和问题。
相较于传统的BGO 闪烁晶体来说，Lu 2SiO 5晶体的熔点较高，生长与制备难度较大，大规模生产存在着一定的困难。
另外，由于其内部成分因素的影响，Lu 2SiO 5晶体还存在着闪烁余辉的现象，可能会对其正收稿日期：2022-09-10作者简介：李中波（1978—），男，四川资阳人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：无机闪烁材料。
闪烁圈的“大牛”——大尺寸碘化钠晶体
闪烁圈的“大牛”——大尺寸碘化钠晶体
无
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2024(53)4
【摘要】碘化钠晶体是闪烁体家族中“元老级”的“大牛”产品,一方面因为它早在1960年就已经开始应用于核辐射探测中,另一方面随着各种新材料的涌现,它目
前仍旧还能广泛活跃在石油勘探、医疗影像、安全检查等领域。
究其原因,主要有
两个方面:1)综合闪烁性能优异,光输出高、能量分辨率好、温度特性优;2)易于制作且成本低,原材料丰富、结构简单,结晶性好,易于扩大晶体毛坯尺寸。
【总页数】1页(P740-740)
【作者】无
【作者单位】北京滨松光子技术股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.无机闪烁晶体碘化钠NaI(T1)的现状与发展趋势
2.大尺寸硅酸铋晶体的原料合成、晶体生长及闪烁性能研究
3.大尺寸掺铊碘化钠晶体生长及闪烁性能
4.坩埚下降法
生长的大尺寸BaF_(2)∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究5.锌铊共掺碘化钠
晶体的生长及闪烁性能
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石榴石系列闪烁晶体的研究进展
第43卷第7期2015年7月硅酸盐学报Vol. 43，No. 7July，2015 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2015.07.06石榴石系列闪烁晶体的研究进展汪超1,2，任国浩2(1. 中国科学院大学，北京100864；2. 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海200050)摘要：主要对石榴石系列闪烁晶体近10多年的研究和发展情况进行了梳理。
介绍了Pr、Ce掺杂的(Lu,Y)AG晶体中不同发光中心的发光机理、能量的传递、载流子再束缚过程等；阐述了反位缺陷(antisite defect, AD)对发光中心发光性能的影响及其作用机制；用带隙工程理论分析了Gd、Ga掺入可以消除AD缺陷副作用的机理。
展示了新型石榴石晶体Gd3(Ga5–x Al x)O12:Ce(GGAG:Ce)晶体的光产额和能量分辨率，预计这类多组分掺杂将把石榴石晶体的发展引入一个新的阶段。
关键词：石榴石晶体；闪烁性能；反位缺陷；掺杂中图分类号：O78; O734 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2015)07–0882–10网络出版时间：2015–05–27 18:47:31 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20150527.1847.023.htmlRecent Studies on Garnet Scintillation CrystalsWANG Chao1,2, REN Guohao2(1. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, China;2. Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China)Abstract: Recent development on garnet scintillation crystals studies was reviewed. Pr or Ce-doped (Lu,Y)AG crystals are introduced from structure, growth and scintillation characteristics. The scintillation mechanism, energy transfer and carriers-retrapping process of activators as well as the influence of antisite defects on their characterization were depicted. Antisite defects, which are suggested to be responsible for the slow components, were found to result from the high growth temperature, and could be eliminated by the incorporation of Gd and Ga ions. A compound of Gd3(Ga5–x Al x)O12:Ce presents an optimum light yield and a superior energy resolution among the existing oxide scintillators. The multi-components promote the development of garnet single crystal scintillators.Key words:garnet crystal; scintillation property; antisite defects; doping effect无机闪烁晶体材料在高能粒子探测、核物理、医学成像设备如X-CT及正电子断层扫描仪(PET)等方面有很广泛的应用[1]。
LaBr3（Ce）与 NaI（Tl）闪烁探测器的性能研究与比较
LaBr3（Ce）与 NaI（Tl）闪烁探测器的性能研究与比较
谢希成;赖万昌;赵祖龙;吴和喜
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】2014(000)007
【摘要】以铈离子激活的溴化澜晶体（ LaBr3：Ce3＋）是近年来发现的一种新
型无机闪烁体材料，因其具有较高的光产额、较好的能量分辨率、较快的衰减时间等优良性质，对溴化镧和碘化钠闪烁晶体进行了对比性实验研究，用137 Cs、60 Co等标准源在低本底铅室中测量了γ能谱。
通过对比，重点讨论了LaBr3（Ce）与NaI（ Tl）闪烁探测器的能量分辨率和能量线性等性能指标。
【总页数】4页(P917-920)
【作者】谢希成;赖万昌;赵祖龙;吴和喜
【作者单位】成都理工大学，成都610059;成都理工大学，成都610059;成都理
工大学，成都610059;成都理工大学，成都610059
【正文语种】中文
【中图分类】TL8
【相关文献】
Br3:Ce闪烁探测器自发本底谱研究 [J], 高峰;张建国;杨翊方;王海军;王震涛
Br3:Ce(5%)闪烁探测器的MC研究 [J], 苏秀彬;刘义保;刘洋;杨波;魏强林;张煜莉
3.NaI(Tl)闪烁探测器测量γ射线的性能分析 [J], 任晓荣
4.NPTool模拟NaI(Tl)和LaBr3(Ce)闪烁体探测器试验研究 [J], 安少康
5.NaI(Tl)闪烁探测器性能随温度变化实验 [J], 常元智; 屈国普; 赵越; 汪伦; 张文利因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
闪烁晶体用胶粘剂
闪烁晶体用胶粘剂
闪烁晶体是一种用于探测辐射的材料，常用于核物理研究、医学影像学和高能物理实验中。
为了固定闪烁晶体，可以使用胶粘剂来粘合。
在选择胶粘剂时，需要考虑以下几个因素：
1. 透明度：闪烁晶体需要接收辐射并发出光信号，因此胶粘剂应具有较好的透明度，以允许光信号正常传播。
2. 抗辐射性：由于闪烁晶体用于探测辐射，胶粘剂应具有较好的抗辐射性能，以保证长时间的稳定性。
3. 热稳定性：在一些实验中，闪烁晶体可能会受到高温环境的影响，胶粘剂应具有较好的热稳定性，以确保粘合效果不受热变形的影响。
4. 化学稳定性：胶粘剂应具有较好的化学稳定性，以防止与闪烁晶体发生化学反应，影响其性能。
根据以上要求，一种常用的胶粘剂是光学级环氧树脂胶。
这种胶粘剂具有良好的透明度和抗辐射性能，同时还具有优异的热稳定性和化学稳定性。
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各类闪烁晶体性能对比 Prepared on 24 November 2020
常见无机闪烁晶体性能
闪烁晶体相对光输
出(%)
衰减时
间(ns)
发光波
长(nm)
折射率
@λmax
密度
(g/cm3)
潮解
性
硬度余辉
熔点
（℃）
NaI(Tl)
碘化钠
100250415强2
掺铊碘化铯471000550轻微2%@6ms621
CsI(Na)掺钠碘化铯85630420有2
%@6ms621
纯CsI
纯碘化铯4-616000315轻微2
%@6ms621
BGO
锗酸铋20300480无5
%@3ms1050
L YSO
硅酸钇镥
7541420无
<%@6ms2050辐射探测设备及核医学设备常用闪烁晶体如上表所示，主要有
CsI系列，NaI（Tl），BGO以及LYSO闪烁晶体。
NaI(Tl)有很高的发光效率，并且在发光波段没有明显的自吸收，对Χ射线和γ射线均有良好的分辨能力。
在所有的闪烁晶体材料中，它是应用最广泛的一种，可用于核医学、石油地质勘探、高能物理、环境监测等领域。
NaI（Tl）晶体的最大的优势在于其相对光输出较高，制成的探头成像较为清晰。
且热稳定性较好，温度适应性较强，相对于CsI和BGO晶体，NaI(Tl)在高温时具有更高的发光强度，这使其在环境温度较高的场合有更强的适应性，例如油井或空间探测。
NaI(Tl)晶体易受辐射损伤，若长时间暴露在高强度的辐照下则会降低其闪烁性能，一般在射线强度高于102rad（rad：拉德，
辐射剂量单位）时就会观察到辐射损伤。
所以晶体不要暴露在来自荧光灯或太阳光的紫外线辐照下。
其具有较强的潮解性。
CsI系列闪烁晶体潮解性略优于NaI（Tl）晶体。
CsI(Tl)晶体的光输出可达NaI(Tl)晶体的85%，发光主峰位在550nm，能与硅光电二极管很好地匹配，从而使读出系统大为简化。
它的衰减时间与入射粒子的电离本领有关，特别适宜于在强γ本底下探测重带电粒子。
CsI(Na)的发光效率与NaI(Tl) 接近，发射光谱的主峰位在420nm，更容易与光电倍增管配合；温度效应好。
特别适合于在高温环境和空间科学研究中使用。
它的缺点是在低能(20keV)下发光效率很快下降，潮解作用比CsI(Tl)厉害。
纯CsI晶体的潮解性比CsI(Tl)弱得多。
其发射光谱中含有一个波长在305nm的快分量(10ns) 和波长在350-600nm附近的慢分量(100-4000ns) 。
通过对慢分量的抑制，快/慢分量比可以达到4倍，总的光输出可达NaI:Tl的4-5%。
该晶体的应用有利于获得比较好的时间分辨率。
NaI（Tl）与CsI系列闪烁晶体有以下特点：1. 密度与原子序数较小，导致辐射长度较长，制成的探测器（尤其是大型探测器）体积较为庞大。
2. 硬度较小，一方面晶体很容易切割，另一方面抛光好的晶体表面很容易被划伤3.余辉较长，导致成像效果较差（类似有重影）。
4.熔点较低，结晶性能较好，生长成本较低。
BGO晶体光输出较小，但密度较大，辐射长度较小，几乎没有余辉且不潮解，熔点适中，成本较低广泛应用于高能物理、核物理、空间物理、核医学、地质勘察和其它工业领域。
LYSO晶体具有不错的光输出，较短的衰减时间，较大的密度，不潮解且基本无余辉，是一种综合性能比较优秀的闪烁晶体，然而由于其原料成本较高，且熔点较高，导致晶体生长效率较低，成本较高，一般应用于高端辐射成像（医疗成像等）。