闪烁晶体材料的研究进展_赵景泰
闪烁材料——探索科学世界的一扇窗
闪烁材料——探索科学世界的一扇窗陈向阳;张志军;赵景泰【摘要】对闪烁材料的评价指标、应用领域和发展现状进行了调研,并结合中国闪烁材料研究现状对闪烁材料未来的发展方向和趋势进行了展望.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2015(037)003【总页数】10页(P165-174)【关键词】闪烁材料;应用领域;研究现状;发展方向【作者】陈向阳;张志军;赵景泰【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院大学,北京100039;上海大学材料科学与工程学院,上海200444;上海大学材料科学与工程学院,上海200444【正文语种】中文编者按 2015年5月6日，赵景泰教授应我刊编辑部邀请做了题为《闪烁材料的发展与应用》的科普讲座，该讲座由上海市新闻出版专项扶持资金支持。
探索未知的科学世界，一直是无数科研工作者的目标和追求。
面对浩瀚的科学世界，大多数情况下人类都在“黑暗”中慢慢摸索前进，因此在我们矢志不渝地追求科学的脚步时，智慧的科研工作者们也在不断创造自己的“武器”，试图开启未知世界的大门。
闪烁体材料就是一种具有实用价值的武器，可以帮助人类探索、认识和利用肉眼无法识别的射线、高能粒子，它就像一个桥梁，可以将超出人类识别范围的射线、高能粒子等转化成人们可以识别、控制的其他形式的光信号。
本文围绕闪烁体材料的特点、应用领域、研究现状三个方面做广泛的介绍，同时对闪烁体材料的未来发展趋势做简要的阐述，旨在让读者对闪烁体材料有个宏观而且比较全面的认识，了解到闪烁材料与我们的生活是息息相关的，并鼓励更多的青年朋友们加入闪烁体材料的研究之中。
闪烁体是一种能将电离辐射的能量转换成光发射的发光材料，比如在X射线或者γ射线的作用下能够发出脉冲光[1]。
从物质种类上可以将闪烁体材料划分为有机闪烁体和无机闪烁体两大类；从结构特点和物质形态上又可以将前者细分为有机闪烁晶体、液体闪烁体和塑料闪烁体，而后者可以分无机闪烁晶体、闪烁玻璃、闪烁陶瓷、闪烁气体。
闪烁晶体的相关资料整理
闪烁晶体的相关资料整理1. What早期研制的PET 的晶体材料为NaI（碘化钠）；80 年代初期，BGO（锗酸铋）与GSO（硅酸钆）２种晶体被用作PET探测晶体!从1980 年#2000 年，BGO 是主要的PET 晶体材料之一，而NaI 与GSO 在PET 中应用相对较少!1990年，LSO（硅酸镥）晶体的研究引起人们很大关注，LSO 晶体短的余辉时间允许窄的符合时间窗（8ns），因而随机计数显著减少，同时其高能量分辨（大约12％FWHM）可降低图像的散射，LSO 晶体以其明显优于NaI 和BGO 的性能得到逐步应用，这种新型探测器材料对PET 的发展具有重要贡献! [1]闪烁体是一种吸收电离辐射（如X或γ射线）并转变吸收能量的一部分为可见光或紫外线光的材料。
这个转变过程发生的时间范围为几个ns到几个μs, 而产生一个短光子脉冲, 光脉冲与闪烁材料发生作用的每一个X和γ射线相对应。
这种光脉冲, 其强度通常和沉积在闪烁体上的能成比例, 被光电倍增管(PMT)探侧到并转化为电信号。
闪烁体可以是液体或固体, 有机体或无机体, 也可以是晶体或非晶体。
有机液体和塑料闪烁体经常被用来探测β粒子和中子。
为了探测X和γ射线(如用在PET中的511keVγ射线), 常采用无机单晶闪烁体, 因为它有高的密度和原子序数, 导致更高的探测效率。
一般的闪烁体是一块透明单晶, 它的禁带和导带由5eV以上的能带隔开。
一个理想的晶体, 没有缺陷, 或者说没有杂质, 在这个带沟里应该没有能级。
然而, 大多数闪烁体掺有一种活性离子, 而这种活性离子提供了在禁带范围内的能级。
γ射线能量被大多数晶体吸收后,能量中的一小部分停留在活性离子上。
活性离子的退激导致闪烁光子的发射, 典型的能量通常在4eV左右, 对应可见蓝光。
在PET的初期, 探测器由掺有铭的碘化钠单晶体(NaI(TI))构成, 单个晶体与PMT 耦合。
随着锗酸秘(BGO)的发现, 大多设计者因它探测γ射线的高效率而转向这种材料。
闪烁晶体Ce：LYSO的研究进展和发展方向
１ ｕ ｔ ｅ ｔ ｉ ｕ ｍ ｙ ｔ ｔ ｒ ｉ ｕ ｍ ｏ ｘ ｙ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ（ Ｃｅ： ＬＹＳ Ｏ）ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ．Ｍ ｅ ａ ｎ ｗｈ ｉ ｌ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｅ ｖ ｅ ｎ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｅ － ｒ ａ ｌ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｃｅ： Ｌ ＹＳ Ｏ ｓ ｃ ｉ ｎ ｔ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ，ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｃｅ ，Ｌｕ ，ａ ｎ ｄ Ｙ ｐ ｒ ｏ ｏｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｅ ｖ ｅ ｎ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ
摘 要 综 述 了掺 铈 硅 酸 钇 镥 （ Ｃ ｅ： Ｌ Ｙ Ｓ Ｏ） 闪 烁 晶 体 的 晶体 结 构 、 闪烁 性 能 、 闪烁 机 理 与 晶体 生 长 的 研 究现 状 ，
闪烁材料研究进展
第２３卷专辑中国稀土学报２００５年１２月Ｖ０１．２３Ｓｐｅｅ．ＩｓｓｕｅＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＲＡＲＥＥＡＲＴＨＳＯＣＩＥＴＹＤｅｃ．２００５闪烁材料研究进展李喜坤１’孙，邱关明１’３，丘泰１，刘晶２，修稚萌４，孙旭东４（１．南京工业大学，江苏南京２１０００９；２．沈阳理工大学，辽宁沈阳１１０１６８；３．长春理工大学，吉林长春１３００２２；４．东北大学，辽宁沈阳１１０００４）摘要：综述了闪烁材料的研究发展的３个阶段：第一阶段，早期随着伦琴发现Ｘ射线出现了闪烁体ｃａＷＯ。
第二阶段，随着光电倍增管的发展和萘的闪烁现象出现Ｈｏｆｓｔａｄｔｅｒ研制出铊激发Ｎａｌ闪烁体。
第三阶段，随着高能物理上精确量热技术和医学成像高的光输出技术需求闪烁材料进入大复兴阶段。
总结了闪烁体的主要性能：透明性、光输出、发光效率、精细的时间分辨率、探测效率和灵敏度、良好的能量分辨能力、Ｘ射线阻止本领、衰减速度和余辉、辐照损伤、温度效应、材料的可获得性等。
介绍了几种重要闪烁材料：陶瓷闪烁体、玻璃闪烁体和塑料闪烁体等，指出研制高性能闪烁陶瓷材料来逐步取代目前广泛使用的单晶闪烁材料和玻璃闪烁材料是研究闪烁体目前重要的研究方向。
关键词：闪烁体；闪烁性能；闪烁陶瓷；闪烁玻璃中图分类号：ＴＱｌ７４文献标识码：Ａ文章编号：１０００—４３４３（２００５｝一００３７—０９闪烁材料是指能吸收高能粒子或射线发出可见光子的材料。
无机闪烁材料广泛应用于电离辐射探测。
在过去的几十年中，闪烁材料在高能物理热量精确测定和医疗成像领域中增长迅速。
随着锗酸铋（Ｂｉ。
Ｇｅ，Ｏ。
：）闪烁现象的发现，及高密度材料在探测领域的应用，国际上好多研究机构在短短１０年之内致力于锗酸铋特性和应用方面的研究，而且锗酸铋被欧洲粒子物理研究所用作Ｌ３探测器的闪烁材料。
Ｌ３探测器由１１４００根长２２ｃｍ、重超过１０公吨的锗酸铋晶体组成。
今天锗酸铋却不能满足欧洲粒子学会建造ＣＭＳ探测器的需要，取而代之的是８０，０００个２５ｅｍ长的钨酸铅晶体。
闪烁晶体材料的研究进展
闪烁晶体材料的研究进展一、本文概述随着科技的飞速发展和人类对物质世界认识的深入，闪烁晶体材料作为一种独特的功能材料，其在诸多领域的应用潜力逐渐显现。
闪烁晶体材料，因其具有将高能辐射转化为可见光的能力，被广泛应用于核物理、高能物理、医学成像、安全检查等领域。
本文旨在全面综述近年来闪烁晶体材料的研究进展，包括其制备技术、性能优化、应用领域等方面的最新成果和发展趋势。
通过对这些内容的梳理和分析，期望能够为相关领域的科研工作者和从业人员提供有价值的参考信息，推动闪烁晶体材料的研究和应用取得更大的突破。
二、闪烁晶体材料的基本性质闪烁晶体材料是一类具有独特光学性质的材料，它们能够在高能粒子的作用下发出闪烁光。
这种闪烁光可以被光电倍增管等光电探测器所接收，从而实现对高能粒子的探测和成像。
闪烁晶体材料的基本性质主要包括以下几个方面：高发光效率：闪烁晶体在高能粒子作用下，能够将吸收的能量高效地转化为可见光，这是闪烁晶体作为探测器材料的基础。
发光效率的高低直接决定了探测器的灵敏度和成像质量。
快速响应：闪烁晶体应具有快速的发光响应速度，以便在高能粒子通过后能够迅速发出闪烁光。
这对于实现高速、高分辨率的粒子探测至关重要。
高辐射硬度：由于闪烁晶体在工作过程中需要承受大量的高能粒子轰击，因此要求其具有高的辐射硬度，即能够在长时间、高强度的辐射环境下保持稳定的性能。
良好的光学性能：闪烁晶体应具有高的透光性，以便让尽可能多的闪烁光从晶体中逸出并被探测器接收。
同时，晶体还应具有均匀的折射率，以避免光在传播过程中出现折射和散射。
易于加工和封装：为了满足实际应用的需求，闪烁晶体材料应易于加工成各种形状和尺寸，并能够方便地与其他光学元件和探测器集成。
晶体还应具有良好的化学稳定性和热稳定性，以确保在封装和使用过程中不会发生性能退化。
闪烁晶体材料的基本性质涵盖了发光效率、响应速度、辐射硬度、光学性能以及加工和封装等方面。
这些性质共同决定了闪烁晶体在粒子探测和成像领域的应用潜力。
闪烁晶体性能测试方法及应用研究
闪烁晶体性能测试⽅法及应⽤研究闪烁晶体性能测试⽅法及应⽤研究闪烁晶体⾃问世以来，在⾼能物理、核物理、核医学成像、⽯油测井、地质勘探以及⼯业⽆损检查等领域取得⼴泛应⽤。
为了对⼤型核医学成像设备及核探测仪器中晶体的选⽤提供参考，本⽂研究闪烁晶体的发光衰减时间、光输出强度、能量分辨率和余辉等闪烁特性，并通过原理框图、实验仪器与操作、数据处理以及误差分析详细叙述闪烁晶体的性能测试技术。
基于测试技术测试了锗酸铋BGO、掺铊碘化铯CsI(Tl)、掺铯溴化镧LaBr3: Ce以及硅酸钇镥L YSO四种闪烁晶体的性能，并结合物理特性分析它们在各领域应⽤的优劣势；同时针对⽅形LYSO晶体样品，研究三种不同尺⼨晶体性能的差异。
最后，对性能测试实验中晶体的不同放置⽅式以及对晶体加热来缩短余辉时间展开研究。
关键词：闪烁晶体，测试技术，探测器，光电倍增管第⼀章引⾔本章是全⽂的引⾔部分，主要介绍论⽂的研究背景及意义，简要分析国内外关于闪烁晶体材料和晶体性能测试的研究现状，进⽽提出本论⽂的研究内容，并对论⽂结构安排进⾏说明。
1.1 研究背景及意义闪烁晶体材料因其丰富的特性、优良的性能成为材料科学领域内的⼀⼤研究热点。
相⽐于液体、塑料⾼分⼦以及荧光粉等闪烁材料，⽆机闪烁晶体具有体积⼩、密度⾼、物理特性和闪烁性能优良等显著特点，在核医学、核物理、⼯业CT 以及安全稽查领域取得了⼴泛的发展。
因为不同领域对闪烁晶体材料特性的需求各异，所以对闪烁晶体性能的测试⼯作⽆论在科学研究还是⼯业应⽤中都显得尤为重要。
⽬前，在⾼端核医学领域发展迅猛的正电⼦发射断层扫描技术（Positron Emission Tomography，PET）进⼀步推动了⽆机闪烁晶体的发展，从最初应⽤到PET中的碘化钠NaI(Tl)晶体，到锗酸铋Bi4Ge3O12（BGO）晶体，再到如今性能更加优良的硅酸钇镥Lu2(1-x)Y2xSiO5（LYSO）晶体，新型闪烁晶体在⾏业进步的推动下不断涌现。
上海硅酸盐研究所赵景泰老师讲XRD精修
基本参数法峰形拟合提取衍射强度
基本参数法是根据 衍射仪的几何参数 和光源特征参数通 过卷积来精确计算 衍射峰形的方法， 可以得到如同在 “理想”衍射仪上 的精确峰位，对准 确提取衍射强度也 很有好处。
• 改进措施：
1)采用小狭缝，长Sollar狭缝 2)提高仪器精度，细心调整与操作 3)采用小焦点X射线管 4)采用真聚焦测角仪(如Guinier几何) 5)采用入射线单色器代替衍射线单色器 6)采用高分辨的锗、硅单晶代替石墨作单色器. 一般分辨率为0.1~0.2(2),可达0.06(2).
Structure of Cr2[BP3O12] and Fe2[BP3O12]
数据处理
（1）扣除Ka2 （2）扣除背底 （3）数据平滑 （4）寻峰 （5）校正系统误差 （6）指标化 （7）峰形拟合 （8）数据格式转换
指标化
指标化: 寻找在实验误差范围内满足以下方程的解，从 衍射峰对应的晶面间距求解晶格参数 (a,b,c和a,b,g)， 同时确定衍射峰的晶面指标(hkl)。
• 分辨率:一般在0.05~0.02(2), ESRF可达0.002 • 缺点：因低发射度，使择优取向的影响更严重，因光
束小，均匀性差，重复性差
实验条件选择
谱上可独立分辨的衍射线数目与不对称单元中原子数目的比值在解未知 结构时为10，在精修结构时为5。
1.仪器：中等复杂结构可用分辨率约0.1的实验设备；大晶胞，对 称性低，独立原子多，混合物质，原子序数相差大的复杂物质要用 高分辨(同步辐射)仪器. 2.波长和扫描范围：波长短，扫描范围大，可增加独立衍射数目； 长波长，可稍增加峰的分辨率 3.扫描步宽与每步停留时间：步宽小，分辨率高。以 最小FWHM 的1/4~1/5为好，一般在0.02左右。每步停留时间以最大每步计 数为5000~10000为佳。
闪烁晶体超精密加工及高反射和高透射薄膜技术研究
闪烁晶体超精密加工及高反射和高透射薄膜技术研究摘要：闪烁晶体是指在X射线、Y射线等高能粒子的撞击下，可以将粒子动能转变为光能并发出闪光的晶体。
基于此，其在被超精密加工之后，通常被用于正电子发射断层成像仪(Positron emission tomography,PET)等医疗器材的核心部件。
本文以闪烁晶体在选型与测试、磨削与抛光等超精密加工技术准备为出发点，集中研究了其被应用于高反射薄膜、高透射薄膜时需要进行的加工技术，希望能够为有关技术人员更方便的开展工作提供帮助。
关键词：闪烁晶体；超精密加工；高反射薄膜技术；高透射薄膜技术引言：对闪烁晶体表面及晶体外表层高反射、透射薄膜的加工质量，将对其末端的光输出效果产生直接影响，并将进一步影响到PET系统探测器的能量分辨率。
此外，闪烁晶体末端与光电传感器耦合的出光面透射率，将会影响到PET系统探测器对初始光子比率的探测结果，并将进一步影响到探测器的时间分辨率。
因此，为提升PET系统探测器的能量及时间分辨率，在对闪烁晶体进行超精密加工的过程中，应首先确保其表面光滑程度能够达到运用要求，接着再对其高反射、高透射薄膜作进一步加工，以此来促进PET系统的高能粒子分辨率实现有效提升。
1.闪烁晶体超精密加工技术准备1.1选型与测试加工在对闪烁晶体进行超精密加工前，加工人员需要选取合适硬度的磨料，以为下一步的磨削与抛光加工提供工具。
其选取方式如下：1）第一步要对试验用晶体的硬度进行检测，标识出闪烁晶体在测试中的连续加载位移曲线，并进一步通过纳米压痕硬度=压痕载荷/压痕接触面积的公式，计算出材料的实际荷载硬度。
一般来说，荷载增加的情况下，材料的硬度将减小，一直到荷载增加至9000ʯN 时，材料硬度将达到一种稳定状态；2）闪烁晶体是一种可以充分吸收X射线、Y射线、高能粒子并发出的同时。
发出紫外线或可监管的等低能光子的一种功能材料，其在很多时候被用来组成正电子发射断层成像仪的组成材料，在此情况下，光信号可以被转化为电信号，从而获得一百万倍左右的信号增强。
闪烁材料——探索科学世界的一扇窗
编者 按 ２ ０ １ ５ 年５ 月６ 日，赵景泰 教授 应我 － ？ ｌ ｊ 编辑部 邀请做 了题 为 《 闪烁材料 的发展 与 应用 》 的科 普讲座 ，该讲 座 由上 海 市 新 闻出版专项扶持 资金 支持。
闪 烁 材 料 — — 探 索 科 学 世 界的 一 扇 窗
最 后位 于探 测器 的敏感 区 域 。在 实 际应 用 中接 收光 子 主要 有三 种 方式 ：一种 是用 光 电倍 增管 （ Ｐ ＭＴ ） ，一种 是硅光 电二 极管（ Ｓ Ｐ Ｄ ） ，还有 一种 是 电感耦合 器件（ Ｃ Ｃ Ｄ ） 。Ｐ ＭＴ 的光响应灵敏 区在
４ ３ ０ ￣４ ７ ０ ｎ ｍ， Ｓ Ｐ Ｄ的敏 感 区 在 ５ ０ ０ ～５ ３ ０ ｎ ｍ，
闪烁 体材 料 划分 为有 机 闪烁 体和 无机 闪烁体 两 大类 ；从结构特 点和物质形态上又可 以将前者细 分为有机 闪烁 晶体 、液体 闪烁体和塑料 闪烁体 ， 而后者可 以分无机 闪烁 晶体 、闪烁玻璃 、闪烁 陶 瓷 、闪烁气体 。衡量一个 闪烁体性能 的好坏标准 主要决定于 以下几个方面 。
。
干 通 信作者 ，Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：ｊ ｔ ｚ ｈ ａ ｏ ＠ｓ ｈ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
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ｃｈ 。 ｎ ｅ ｓ ｅ 。 ｕ ｎ ａ ． 。 Ｎａ ｕ ｅ
Ｉ Ｖ ｏ １ ． ３ ７ Ｎ ｏ ． ３ Ｉ Ｒ Ｅ ｖ Ｉ Ｅ ｗ Ａ Ｒ Ｔ Ｉ ｃ Ｌ Ｅ
陈 向阳① ，张 志 军② ，赵 景 泰 ②
学 院 ，上 海 ２ ０ ０ ４ ４ ４ 摘 要 对闪烁材料的评价指标 、
和 趋势进行了展望。
LaBr3-Ce 3+闪烁晶体研究进展
１３ Ｌ Ｂ ３Ｃ ＋与 Ｎａ（ ｉ晶体 性质 比较 ． ａ ｒ： ＩＴ ） Ｎａ（ ） ＩＴ１晶体是 上 个 世 纪应 用最 为广 泛 的
作者 简介 ： 高鑫 （９ ４） 男 ， 北鄂 州 人 ， 士研 究 １ ８－ ， 湖 硕
生 ， 事凝 聚态 物理 研究 。 从
闪烁体材料 ， 下面主要将掺 ＋的 Ｌ Ｂａ ａ ｒ晶体
高 鑫 ， 元 金 何
（ 清华 大学 物 理 系 ， 京 １０ ８ ） 北 ０ ０ ４
摘要 ： 以铈离 子 Ｃ ３ ｅ 激活的 Ｃ Ｎ ３ ａ ｔ晶体 （ ａ ｒ： ｅ ） Ｌ Ｂ ３ Ｃ ３ 是近 年来发 现 的一种新 型无机 闪烁体 材料 ， 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 ， 其成 为 ｒ ＩＴ１等 传统 闪烁 体材料 使 、 （ ） 有力 的竞争者 。论文通过重 点 比较 Ｌ Ｂ ３Ｃ ３ ａｒ：ｅ 晶体与 Ｎａ（ １晶体 的性质 ， ＩＴ ） 同时 列举 实例说 明它的应 用， 力求 比较全 面地 反映 Ｃ Ｎ ３Ｃ ３ ａｔ：ｅ 晶体 的性质 。
于 核 物理 飞 行 时 间谱 学 、 医学 仪 器 以及 众 多 核 核 工 业 仪表 中 。最 初 生 长 的 Ｌ Ｂｒ： ｅ＋晶体 ａ ３Ｃ。
都很 低 （ 于 １０ ｐ ｏｏ ｓＭｅ 。Ｃ 。 活 小 ００ ｈ ｔｎ／ Ｖ） ｅ ＋激 的氯 化 物 和溴化 物 中虽不 乏高 光产 额 的闪烁 晶 体 ， 同时兼 有 高 密 度 和 快衰 减 特 性 的 目前 只 但 有 Ｌ Ｂ ３Ｃ 。 晶体 ， ａ ｒ： ｅ＋ 只是 这 种 晶体 在空 气 中很
示 。
型闪烁晶体和非本征型闪烁晶体两大类［ 。前 ５ ］ 者无需引入掺杂 ， 晶体本身即可发光 ； 后者需引 入掺杂 （ 即激活 剂） 主要靠 引入 的离 子发光。 ，
闪烁玻璃的研究进展
・２６材料导报２００１年１月第１５巷第１期闪烁玻璃的研究进展”赵宏生周万城（西北工－Ｉｐ大学凝固技术吲家重点实验室，西安７ｌ００７ｚ）摘要简要回顾ｒ近年来国际国内闪烁玻璃领域在制备工艺、性能、机理和新材料探索方面的研完．隋况．阐谴了各类无机问烁玻璃的研究隋况，重点介拓了几种近年来主要研芜的无机闷烁玻璃．并且分析７无机闪烁玻璃的未来研宽方向。
关键｛司闪烁玻璃铈有机澈活刺研究进展ＰｒＯｇｒｅｓｓｉｎＲｅｓｅａｒｃｈＯｎＳｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｎｇＧｌａｓｓｅｓＺｈａｏＨｏ“ｇｓｈｅｎｇＺｈｏｕＷａｎｃｈｅｎｇＳｔａｌｅＫ。
ｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳ。
ｌｉｄｍｃａｔｌ。
ｎＰｒｏｆｅｓｓＩ“ｇ，Ｎｎｎｈｗｅ州ｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｌｃａｌＵｎｌｖｅｒｓｌｔｖ，Ｘｒａｌｌ７１００７Ｚ）ＡｂｓｔＩ’ａｃｔＴ１１ｅｄｅＶｅｌ。
ｐｍｅｌｌｔｏｆｓｃＩｎｔｌｌｌａｌｌ“ｇｇｌａｓｓＰｓｌｓｒｅｖｌｅｗｅｄｗｎｈｅｍｐｈａｓｌｓｏｎｗｏｒｋｍａｔｈａｓｈｅｅｎｒｅｐｏｒｔ副ｓＬｎｃｒ１９５８．Ａｄ州ａ１ＩＰｄｄｌｓｆ¨ｓｓｌｏｎ１８９１ｖｅｎｔｎ１ｈ。
ｐｒ叩ａｒａｔｌｏ㈣ｔｈｆ州ｓ．ｐｍｐｃｒｔｌＰⅢｎｄｔｈｃｍｃｃｈａｎｌｓｎｌ‰ｎｌｅｒｅｃｅｔｌｔａｎｄｎｏｖＰｌｋｌｎｄｓｏｆｓｎｎ“ｌｌａｔｌ“ｇｇｌａｓｓ【ｓａｒｃｄｃｓｃｒ】ｂｅｄＫｅｙｗＯｒｄｓｓ（Ｉｎｔｌｌｌａｔｌ“ｇｇｌａｓｓ．Ｃｅ．。
‘ｇａｌｌｌｃａｃｔｌｖａｔ。
ｒ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ０引言某些材料在原ｒ核粒ｒ或ｙ射线的作用ｒ会发出脉冲光，这种现象称为闪烁现象。
能够发川闪烁光的丰Ｊ料被称为闪烁体。
闪烁体在高能物理研究巾具确非常重要的序用．粒子的鉴别、轴子性能的测定和新粒了的发现都离小开高性能的闪栩＝体。
幽此，闪烁体在各类粒于对撺机中都是关键部件之一。
随着高能物理、核物理和放射物理近几十年来的快速发展．特别是随着改进正电于放射断层扫描仪（１’ＥＴ）等核睦疗设备以及建造美国超级超导对撞机（ＳｓＣ＞、西欧大型强子时撞机（ＬＨｃ）等大型高能物理实验装置等工作的进｛卜对高性能核探测器有ｒ里加迫切的需甍。
闪烁材料研究进展
第２３卷专辑中国稀土学报２００５年１２月Ｖ０１．２３Ｓｐｅｅ．ＩｓｓｕｅＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＲＡＲＥＥＡＲＴＨＳＯＣＩＥＴＹＤｅｃ．２００５闪烁材料研究进展李喜坤１’孙，邱关明１’３，丘泰１，刘晶２，修稚萌４，孙旭东４（１．南京工业大学，江苏南京２１０００９；２．沈阳理工大学，辽宁沈阳１１０１６８；３．长春理工大学，吉林长春１３００２２；４．东北大学，辽宁沈阳１１０００４）摘要：综述了闪烁材料的研究发展的３个阶段：第一阶段，早期随着伦琴发现Ｘ射线出现了闪烁体ｃａＷＯ。
第二阶段，随着光电倍增管的发展和萘的闪烁现象出现Ｈｏｆｓｔａｄｔｅｒ研制出铊激发Ｎａｌ闪烁体。
第三阶段，随着高能物理上精确量热技术和医学成像高的光输出技术需求闪烁材料进入大复兴阶段。
总结了闪烁体的主要性能：透明性、光输出、发光效率、精细的时间分辨率、探测效率和灵敏度、良好的能量分辨能力、Ｘ射线阻止本领、衰减速度和余辉、辐照损伤、温度效应、材料的可获得性等。
介绍了几种重要闪烁材料：陶瓷闪烁体、玻璃闪烁体和塑料闪烁体等，指出研制高性能闪烁陶瓷材料来逐步取代目前广泛使用的单晶闪烁材料和玻璃闪烁材料是研究闪烁体目前重要的研究方向。
关键词：闪烁体；闪烁性能；闪烁陶瓷；闪烁玻璃中图分类号：ＴＱｌ７４文献标识码：Ａ文章编号：１０００—４３４３（２００５｝一００３７—０９闪烁材料是指能吸收高能粒子或射线发出可见光子的材料。
无机闪烁材料广泛应用于电离辐射探测。
在过去的几十年中，闪烁材料在高能物理热量精确测定和医疗成像领域中增长迅速。
随着锗酸铋（Ｂｉ。
Ｇｅ，Ｏ。
：）闪烁现象的发现，及高密度材料在探测领域的应用，国际上好多研究机构在短短１０年之内致力于锗酸铋特性和应用方面的研究，而且锗酸铋被欧洲粒子物理研究所用作Ｌ３探测器的闪烁材料。
Ｌ３探测器由１１４００根长２２ｃｍ、重超过１０公吨的锗酸铋晶体组成。
今天锗酸铋却不能满足欧洲粒子学会建造ＣＭＳ探测器的需要，取而代之的是８０，０００个２５ｅｍ长的钨酸铅晶体。
闪烁晶体材料的研究进展_赵景泰
ResearchDevelopmentofInorganicScintillatingCrystals
ZHAOJingtai1 , WANGHong1, 2 , JINTengteng1, 2 , WANGChenyang1, 2 , HUGuanqin1
(1.KeyLaboratoryofTransparentOpto-FunctionalInorganicMaterials, ShanghaiInstituteofCeramics, ChineseAcademyofSciences, Shanghai200050, China)
氟化钡 (BaF2 ), 锗酸铋 (Bi4 Ge3 O12 ), 钨酸铅 (PbWO4 ), 铝酸钇 (YAlO3 ∶Ce)等 。 表 1 列出了部分 闪烁晶体及其 主要性能参数 。随着分子医学成像技术 、 高能物理工程
应用 。本文主要从不同闪烁晶体组成类型出发 , 分别简 要介绍 了 近 年 来卤 化 物 、 锗 (硅 )酸盐 、 钨 酸 盐 、 硼 (磷 )酸盐等闪烁晶体的研究进展和应用以及新型闪烁
Keywords:scintillationcrystal;researchprogress
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Abstract:InorganicscintillatorsasidealcandidatesfordetectionofX-ray, γ-ray, neutronandhighenergyparticles
60/600
LSO∶Ce
7.41
2 050
420
25 0 00
40 / >2 000
LuAP∶Ce
8.34
1 960
365
20 5 00
18
YAP∶Ce
5.37
1 875
365
20 1 00
24
LuAG∶Ce Lu0.3 Y0.7AlO3 Li3Lu(PO4)2 ∶Ce K3Lu(PO4)2∶Ce Rs3 Lu(PO4 )2 ∶Ce Cs3 Lu(PO4 )2∶Ce
收稿 日期 : 2010 -07 -21 通信 作者 :赵景泰 , 男 , 19 62年生 , 研究员
过 100年的发展 , 以闪烁晶体为核心的探测和成像技术 已经在核医学 、 高能物理 、 安全检查 、 工业无 损探伤 、 空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用 [ 1] 。 例如 , 在医学领域 , 以闪烁探测器为核心的医疗成像设备肿瘤 诊断 , 代表了目前的最 高医学诊断水平 (如 PET/CT), 在 γ手术刀应用中 , 也是采用闪烁体监测 γ射线 ;在地 球物理探矿中 , 可以通过 Co60放出的 γ射线通过矿床后 的闪烁信号分析矿床分布等情况 ;在大型航空航天部件 以及其它大型工业部件等无损探伤方面闪烁体起着关键
带电粒子阻止本领大 , 对射线有很高的吸收系数 、 发光 具有高阻挡射线本领 、 高发光效率 、 高分辨率 、 高响应
效率高 、 发光强度与入射线的能量有良好的线性关系 、 荧光衰减快 、 光学均匀性好以及对产生的荧光透明性好 等 , 在中子探测中还要求含有对中子敏感的元素等 。常 用的闪烁晶体有 :碘 化钠 (NaI∶Tl), 碘化 铯 (CsI∶Tl),
LY/Photons· (MeV)-1
Decaytimes /ns
NaI∶Tl BaF
2
Bi4 Ge3O12 Bi4 Si3 O12
PbWO4 CdWO4 YSO∶Ce
3.67 4.89 7.13 6.80 8.28 7.9 4.54
651 1 354 1 050 1 030 1 123 1 289 1 980
速度和高 耐辐射的新 型闪烁体的 研究正方兴 未艾 , 如 Tm∶K2 NaLuF6[ 3] , Lux (RE3 + )1 -xAlO3 ∶Ce[ 4] , Li6 Gd (BO3 )3 [ 5] 等晶体 , 都具有 优良的闪烁性 能 , 在正电 子 湮灭成像 PET等核医学 、 中子探测和核物理领域有潜在
6.73 6.2 3.20 3.90 4.68 4.89
～ 1 875
-
300 /510 360
336 /360 390 415 430
3 000 /11 000 ～ 12 000 <5 3 00 ～ 23 600 ～ 14 800 ～ 13 500
100 27 18.8 34.0 ～ 36.8 ～ 49.0
BaF2 晶体具有从真空紫外至红外的高透光能力 , 由 于 BaF2 晶体的半导体发光机理 , 其发光衰减时间很短 , 3 个发光峰 (195, 220, 310 nm)对应的衰减时间分别为 0.87, 0.88, 600 ns, 是迄今为止衰减速度最快的闪 烁
42
中国材料进展
第 29卷
晶体 , 因而成为材料科学 、 高能粒子物理和医学应用中 进行正电子湮灭研究的极佳材料 。由于其光产额较低 , 快成分发光峰值在远紫外区而需采用造价较高的透紫光 电倍增管 , 限制了 BaF2 晶体在大型粒子加速器中探测 器上 的 应 用 [ 10] 。 近 年 来 , Benemanshaya等 通 过 采 用 AlGaN等作为光电倍增管 , 扩展了 BiF2 晶体在 PET扫描 仪中的光电探测器等核医学和高能物理领域的应用[ 11] , 同时因具有高折射率且在很宽的温度范围内性能稳定以 及屈服应力较大等特点 , 又是一种品质优良的激光窗口 材料 。然而 , 目前研究发现 , BiF2 晶体虽然具有抗 X射 线和电子辐照的能力 , 但是光辐照 (真空 紫外辐照 )却 很容易诱导晶体内部形成缺陷 , 影响其在光学窗口和光 学镜头等方面的应用 [ 12] 。此外 , 与 BiF2 相比 , CeF3 晶 体具有更高的密度 , 发光产额高 , 对 γ辐射灵敏而对中 子辐射相对不灵敏 , 是一种抗中子干扰的高效快响应闪 烁晶体 , 适 用作 n, γ混 合辐 射场中 测量 γ辐射 的闪 烁体 [ 13] 。
氟化钡 (BaF2 ), 锗酸铋 (Bi4 Ge3 O12 ), 钨酸铅 (PbWO4 ), 铝酸钇 (YAlO3 ∶Ce)等 。 表 1 列出了部分 闪烁晶体及其 主要性能参数 。随着分子医学成像技术 、 高能物理工程
应用 。本文主要从不同闪烁晶体组成类型出发 , 分别简 要介绍 了 近 年 来卤 化 物 、 锗 (硅 )酸盐 、 钨 酸 盐 、 硼 (磷 )酸盐等闪烁晶体的研究进展和应用以及新型闪烁
晶体的生长和性能研究 。
闪烁 晶体研 究进展
. 卤化物 常见的卤化物闪烁 晶体有 NaI∶Tl, CsI∶Tl, BaF2 和
稀土卤化物晶体 。 NaI∶Tl晶体具有光产额高 , 光电转换 效率高 , 化学性能稳定和易生长等优点 , 是综合性能优 良的闪烁体 [ 6] , 自 1948 年问世以来 , 一直是探测 X射 线 、 γ射线和 α射线最重要的闪烁体 , 已广泛应用于石 油勘测 、 环境监测 、 核医学 、 高能物理和工业 CT等领 域 , 但由于其易潮解 、 辐照长度较短 、 阻止射线能力稍 差等缺点 , 在高能物理领域逐 渐被锗酸铋 (Bi4 Ge3 O12 ) 晶体取代 。近年来 , NaI∶Tl晶体在瞬发 γ射线中子活化 分析 (PGNAA)装置中也取得了广 泛应用 [ 7] 。 目前法国 圣戈班 (Sanit-Gobain)公司 的产 品和技 术据 领先 地位 ,
第
29卷 第 10期 2010年 10月
特 约专栏
中 国材料 进展
MATERIALSCHINA
闪烁晶体材料的研究进展
Vol.29 No.10 Oct.2010
赵景泰 1 , 王 红 1, 2 , 金滕滕 1, 2 , 王晨阳 1, 2 , 胡关钦 1
(1.中国科学院 上海硅酸 盐研究所 透 明光功能 重点实验室 , 上海 200050) (2.中国科学院 研究生院 , 北京 100864)
havebeenwidelyappliedinmolecularmedicalimaging, highenergyphysics, nuclearphysics, securityinspection, nondestructivematerialsflawdetectionandgeologicalsurvey.Withthedevelopmentofcrystalgrowthtechniquesandthedeeperunderstandingofthescintillationmaterials, manyknownscintillatorshavebeenoptimizedwithrespecttotheirpropertiesandtheapplicationweregreatlybroaden.New andsophisticatedapplicationshavehigherdemandsforscintillation propertiesofthecrystals.Design, discover, developandproducescintillationmaterialswithbetterpropertiessuchashigh densitywithhighstoppingpowderofenergeticparticles, goodopticalhomogeneity, highlightyield, fastdecay, highstabilityandlowcostarestillthemaintasks.Thismicro-reviewintroducedtherecentresearchdevelopmentofinorganicscintillationcrystalsinthehalide, tungstate, germinate, silicate, aluminate, borate, phosphatesystems.
Keywords:scintillationcrystal;researchprogress
前 言
当高能射线 (如 X射线 , γ射线 )或其它放射性粒子 通过某些晶体时 , 因射线或粒子的激发 , 该类晶体会发 出荧光脉冲 (闪烁光 ), 具有这种性质的晶 体称为闪烁 晶体 。闪烁晶体一般对自己发出的荧光是透明的 , 因而 如果将闪烁晶体与光接收器件 如 CCD成像板或光电倍 增管耦合 , 便可制成晶体闪烁探测计数器 。 闪烁晶体可 用于 X射线 、 γ射线 、 中子及其他高能粒子的探测 , 经
ResearchDevelopmentofInorganicScintillatingCrystals
ZHAOJingtai1 , WANGHong1, 2 , JINTengteng1, 2 , WANGChenyang1, 2 , HUGuanqin1
(1.KeyLaboratoryofTransparentOpto-FunctionalInorganicMaterials, ShanghaiInstituteofCeramics, ChineseAcademyofSciences, Shanghai200050, China)