常用无机闪烁晶体的闪烁特性
自NaI:Tl无机闪烁晶体发明以来,出现了大量的无机闪烁材料,例如0近一篇文章报道了400多种闪烁化合物[22]。然而,在高能物理、核物理和核医学等领域已经得到普遍应用的具有优异性能的闪烁晶体很少,如NaI:Tl、CsI:Tl、CdWO4、BGO和PWO等。此外,近年来新出现的掺铈高温闪烁晶体如YAP、LSO和LuAP是新一代具有诱人闪烁性能的无机闪烁晶体。
无机闪烁晶体的主要应用
与塑料聚合物、液体、液晶和荧光粉等普通闪烁材料相比,无机闪烁晶体具有密度高、体积小、物理化学性质和闪烁性能优异等突出特点,在所有实用闪烁材料中占有重要地位。由闪烁晶体、光电倍增管、硅光二管和雪崩光电二极管组成的探测元件具有普遍的应用背景
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(Ce:YAG晶体-闪烁效率和光输出)
闪烁晶体的本质是一种能量转换器,所以能量转换效率()是表征所有闪烁晶体0基本的参数,是指闪烁晶体辐射的光子能量(Ep)与闪烁晶体吸收的总能量(er)之比。闪烁晶体发射光子的平均能量是发射的闪烁光子数。
光输出(LR)是反映闪烁体晶体,能量转换效率的重要的物理参数,是指闪烁体吸收并消耗1mV射线能量后发出的可见/紫外光子数。即闪烁过程中产生的闪烁光子数与闪烁晶体中光线或粒子损失的能量之比。 辽宁高科技CeYAG晶体Ce:YAG是提拉法生长的吗?
显然,以NaI:Tl和BGO为表示的传统无机闪烁晶体已经不能满足闪烁晶体在许多应用领域对高光输出的快速衰减要求(前一节1.2.1.1描述的三个要求)。而且,随着闪烁探测器技术的快速发展,传统无机闪烁晶体的局限性将日益突出。另一方面,市场对高光输出快速衰减的新型无机闪烁晶体的需求将变得日益迫切。例如,为了提高PET探测器的时空分辨率,新一代PET探测器往往要求无机闪烁晶体具有更大的光输出、更快的衰减常数(小于100ns)和更高的密度(大于7g/cm3) [41]。显然,像BGO这样的闪烁晶体有很大的局限性。0近,美国的CTI公司使用新的闪烁晶体Ce:LSO [29]制作了一个具有高空间和时间分辨率(2毫米、30分钟和4毫米、10分钟)的PET原型。
高能物理和核物理实验
随着核物理和高能物理的发展,出现了一个必须解决的问题,那就是粒子质量的起源。为了理解这个问题,世界上正在建造能量不断增加的大型对撞机和加速器。这些装置上用来测量各种质子、电子、Uons、介子等粒子能量的探针称为电磁量热仪,闪烁晶体是构建电磁量热仪的中心材料。例如,美国斯坦福线性加速中心(SLAC)、日本高能研究所(KEK)使用CsI(Tl)晶体进行Babar和BELLE实验、欧洲核中心(CERN)使用PbWO4晶体进行CMS实验等。表1-3列出了近年来世界上重要高能物理实验中使用的无机闪烁晶体[27][28]。表1-3近年来设计的晶体量热仪中使用的无机闪烁晶体
高能物理和核物理实验要求无机闪烁晶体密度高、衰减常数快、光输出高。此外,由于高能物理领域无机闪烁晶体数量巨大,合适的价格也是一个重要指标 Ce:YAG闪烁晶体在使用过程中有什么缺陷?
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。
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高光输出快速衰减无机闪烁晶体的兴起
随着高能物理、核物理及相关科学技术的快速发展,传统无机闪烁晶体的缺点日益突出。寻找新的高光输出快速衰减的无机闪烁晶体具有重要的科学意义和巨大的市场价值。20世纪80年代末和90年代初,国际上掀起了对高光输出快速衰减的无机闪烁晶体的研究热潮。其中,1990年成立的隶属于欧洲核中心(CERN)的“水晶透明协作”研究小组,是由来自十几个国家的材料科学家、固体物理学家和探测器**组成的跨学科研究小组[39]。其主要目标是研究和开发新的无机闪烁晶体,以满足日益增长的大型强子对撞机(LHC)和其他高能物理实验对闪烁探测器的需求。 定制CeYAG晶体
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