根据出现的顺序,无机闪烁晶体的闪烁机制可分为以下五个阶段:
1.电离辐射的吸收和初级电子和空穴的产生;
2.一次电子和空穴的弛豫,即产生大量的二次电子、空穴、光子、激子等电子激发;
3.低能二次电子和空穴的弛豫(热化),即形成能约为能隙宽度Eg的热化电子-空穴对;
4.电子和空穴向发光中心的热传递和发光中心的激发;
5.激发态的发光中心发出紫外或可见荧光,即闪烁光。
为了研究方便,人们往往将上述五个闪烁步骤分为两部分:(1)电子-空穴对的产生(**个阶段)和(2)发光中心的激发和发射(后两个阶段)。
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虽然不同的应用领域对闪烁晶体的性能有不同的要求,但为了提高闪烁探测器的分辨率,通常要求无机闪烁晶体满足以下基本要求[9]:
(1)更高的光输出(> 2000张照片/兆电子伏)。这对闪烁探测器提高探测事件的时间、能量和位置分辨率具有重要意义。因为闪烁晶体的能量分辨率与1/成正比,而闪烁晶体的时间分辨率与;
(2)快速衰减时间(10-10-100毫微秒)。这对提高闪烁探测器的时间分辨率具有重要意义。一般来说,时间分离率与。特别是在快速闪烁计数领域,快速光衰减常数尤为重要。通常会
(3)重密度()和高有效原子序数(Zeff)。尤其是伽马射线的探测很重要,因为光电吸收效应正比于。同时,密度大意味着闪烁探测器的紧凑性 甘肃专业抛光CeYAG晶体有Ce:YAG晶体的光致荧光谱吗?
高温闪烁晶体今后的发展趋势主要包括以下几个方面:
第1,研究高温闪烁晶体中存在的各种点缺陷及其对闪烁性能的影响,真正实现无机闪烁晶体的分子优化与分子设计。
第2,寻求优化的高温闪烁晶体生长方法以及工艺技术。目前,多数高温闪烁晶体主要是通过提拉法生长的,探索改进的提拉法或其它的工程化生长工艺技术对研究开发高温闪烁晶体具有十分重要的意义。
第3,发展混合型高温闪烁晶体将是今后发展的趋势之一。例如,Ce:LuAP高温闪烁晶体具有十分诱人闪烁性能,但是在晶体生长过程中容易生成石榴石相,很难获得稳定的LuAP相,从而限制了晶体的使用.1近,研究表明,与Ce:LuAP晶体相比,混合型晶体Lux(RE3+)1-xAP:Ce (RE3+ = Y3+ or Gd3+)可以降低晶体生长难度以及生产成本,同时闪烁性能也比较理想。
第4,开展多掺杂以及探索新型发光离子的高温闪烁晶体也会逐步受到人们的重视。随着探测器件的小型化多功能化的迅猛发展,具有多种探测功能的复合闪烁探测单晶材料将会成为一个研究热点。另外,探索其它发光中心离子的闪烁性能也将会逐步引起人们的关注,特别对能与现有的探测设备耦合匹配,容易掺杂等激发离子的研究。
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。 研究Ce:YAG闪烁晶体中Ce离子分布特征,对研究YAG闪烁晶体的性能及其应用具有重要的现实意义。
Ce:YAP晶体中Ce3离子5d4f跃迁对应的荧光光谱为330 ~ 400nm之间的一个带,其峰值约为365 ~ 370nm。Ce3的光致发光强度以单指数形式衰减,其衰减常数在室温下约为16 ns[73]。高能射线和粒子激发产生的闪烁光衰减常数远大于16ns,一般在22-38 ns之间,也有慢成分和强背景[8][70],如图1-5 [8]。这主要是由于Ce3离子中心电荷载流子的延迟复合。此外,Ce:YAP晶体的吸收光谱和荧光光谱受不同的生长方法和不同的后热处理工艺的影响很大。这主要是由于不同性质的色心的存在和ce离子的价态(Ce4对Ce3有猝灭作用[59])。因此,不同生长方法得到的Ce:YAP晶体的闪烁特性会有所不同。Baryshevsky等人【72】研究了直拉法和真空水平区熔法生长的YAP和Ce:YAP晶体的光谱特性,提出了这两种方法中的色心模型真空气氛中生长的晶体的色心是电子俘获色心,即F(VO 2e)和F (VO e)。直拉法的色心类型主要是空穴俘获色心,即Vc2-(Vc h)和Vc-(Vc 2h),出现在(f -VC-)的构型中,如下图所示。下图所示光子频率为 1=277 nm, 2=410 nm, 3=602 nm, 4=666 nm, 5=520 nm, 6=615 nm, 7=333 nm。Ce:YAG闪烁晶体在使用过程中有什么缺陷?中国台湾专业生长CeYAG晶体
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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。总之,许多应用领域要求闪烁晶体具有高光输出快速衰减和高密度的特性,特别是具有高光输出快速衰减的优异性能。可以预见,随着人类活动的扩大和科技水平的提高,以及闪烁探测器向小型化、紧凑化和精密化方向发展,不同的应用领域将动态要求无机闪烁晶体具有更好的闪烁性能和优异的物理化学性能[9]、[27]、[21]和[40]。 上海CeYAG晶体现货
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