工业CT的在线检测,无机闪烁晶体与光电倍增管或硅光电二极管耦合构成的探测器是工业XCT的重要组成部分,也是工业CT的中心技术之一。工业CT需要密度大、衰减快、光输出高的闪烁晶体,就像医用XCT一样。目前,CsI:Tl、BGO、CdWO4等无机闪烁晶体在工业CT在线检测领域具有潜力和巨大的应用前景[。
油井勘探,石油钻井有几千米深,伽马探头可以遥测地层特征,从而判断资源。世界石油勘探的三分之一是核测井的贡献。利用核测井技术可以快速准确地勘探和反映不同生产井的情况。核测井的经济效益0突出,年营业额估计几十亿美元。闪烁晶体作为油井探测器的探头,要求具有良好的能量分辨率(高光输出),更重要的是要求具有良好的温度特性(耐高温)、抗振动等力学特性。到目前为止,NaI:Tl仍被很广使用,但随着计数率和探测效率的提高,需要快速、高原子数的闪烁体。BGO的z值高于NaI:Tl,但温度特性较差,即BGO的输出光强随温度的升高而急剧下降。GSO:Ce似乎很有前途,因为该检测器无需冷却即可保持高检测效率
Ce:YAG闪烁晶体在小于500Kev能量范围其γ响应小,光衰减快,不潮解。陕西专业加工CeYAG晶体
在Ce:YAG晶体中,Ce3离子以D2对称性取代Y3位。在晶体场的作用下,4f1电子构型的Ce3离子基态分裂为2F5/2和2F7/2双态,其5d能级分裂为5个子能级,比较低5d子能级离基态约22 000波。在Ce:YAG闪烁晶体中,其吸收荧光光谱也属于F-D跃迁,具有宽带、衰减快的特点。在可见光范围内可以观察到4个特征吸收峰,峰值波长分别为223nm、340nm、372nm和460nm,对应于Ce3离子从4f到5d的亚能级跃迁。在室温下,其荧光光谱为500纳米至700纳米的宽带光谱,峰值约为525纳米,对应比较低5d子能级至2F5/2基态能级。如果高能射线入射,其荧光光谱向红色移动,发射波长为550纳米,可以很好地与硅光二极管耦合。110方向CeYAG晶体技术由于Ce离子分凝系数小,通常在提拉法生长Ce:YAG的后期往往会产生组分过冷而严重影响了Ce:YAG晶体的质量。
无机闪烁晶体(Ce:YAG)的闪烁机理之电子空穴对的产生
电子-空穴对的产生是入射高能光子和晶体中原子相互作用的结果。主要包括原子的电离和激发,电子-电子和电子-声子的弛豫,以及其他辐射和非辐射的能量耗散过程。众所周知,高能射线不能直接电离和激发无机闪烁晶体中的原子。相反,它们通过光电效应、康普顿效应和电子对效应产生的电子电离和激发晶体中的原子。当入射射线具有中等能量(几百KeV左右)时,主要发生光电效应,即高能射线与晶体中原子的内层电子(通常是K层)相互作用产生初级光电子。
闪烁过程的三个步骤(a . 电子空穴对产生;电子空穴被传送到发光中心;c .从发光中心辐射的荧光)到闪烁的总效率。在以上三个参数中,很难建立能量传递的理论模型,因此很难计算出S [51][56]。可以肯定的是,无机闪烁晶体中的各种缺陷会俘获电子空穴对,使S值 大降低。与参数s相比,参数和q可以从理论上计算出来。
根据罗宾斯[19]和阿雷米普奇[51]提出的模型。公式中,Ei为电离能;是产生实际产生一个电子空穴对所需的能量;k为能量损失分数,与高频介电常数(),静电常数()和光学纵模声子能量()有关。Lf是电子(或空穴)损失的能量分数。 Cz-Ce:YAP晶体的光学性能?
高光输出快速衰减无机闪烁晶体的研究
随着核科学技术,和其他相关技术的快速发展,无机闪烁体的应用领域不断扩大。同时,不同的应用领域对无机闪烁体提出了越来越高的要求。研究和开发高光输出快速衰减的无机闪烁晶体具有重要的科学研究意义和巨大的经济效益。因此,近年来,寻找高光输出快速衰减的无机闪烁晶体成为国内外物理学家和材料科学家的研究热点之一[9]-[12]、[40]-[50][56]。
不同应用领域对闪烁晶体的要求
不同的应用对无机闪烁晶体有不同的要求。例如,在高能物理(HEP)或中能物理(IEP)实验中,光输出并不重要,但它要求晶体具有更快的时间衰减、更大的原子序数和密度等。然而,在PET等应用中,要求闪烁晶体具有高光输出、快速衰减和高密度。
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根据经典荧光理论,参数q也可以由公式(1.15) [14]计算。公式中,Wr和Wnr分别为辐射和非辐射跃迁概率;c是猝灭常数,Eq是猝灭能,kb是为玻尔兹曼常数,t是完全温度。分析表明,光输出主要与晶体的带隙、基体的组成和结构、能量传输效率和温度有关。当带隙变为零时,闪烁晶体将获得比较大光输出。但一般情况下,当Eg小于2eV时,无辐射跃迁的概率会增大,从而Q变小,光输出变小。结果表明,掺铈离子闪烁晶体的光输出差异主要是由S [51]的差异引起的。陕西专业加工CeYAG晶体
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