各类闪烁晶体性能对比

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100 250 415 1.85 3.67 强 2
0.3-0.5%
@6ms
651
CsI(Tl)
掺铊碘化铯47 1000 550 1.79 4.53 轻微 2
0.5-5%@
6ms
621
CsI(Na) 掺钠碘化铯85 630 420 1.84 4.51 有 2
0.5-5%@
6ms
621
纯CsI
纯碘化铯4-6 16000 315 1.95 4.51 轻微 2
0.5-5%@
6ms
621
BGO
锗酸铋20 300 480 2.3 7.13 无 5
0.005%@
3ms
1050
L YSO
硅酸钇镥
75 41 420 1.81 7.1 无 5.8
<0.1%@6
ms
2050 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）。

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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。

PET应用闪烁晶体的性能分析

号输出至信号处理电路。电ＰＴ的转
信号的幅度与闪烁光子的数日成正比，也就是与沉积在晶体内郎的能量成正比．即晶体能够最大限度地吸收湮灭光子的
能最为了获取足够的信号。要求闪烁晶体对闪烁光子的自吸
ＡｂｔａｔＴｉａｅｎｒｄｃｓｈｍｅｈｎｓｓｒｃｈｓｐｐｒｉｔｕｅｔｅｏｃａｉｍｏｃｉｎｍａｎａａｔｒａｄａｅｏｉｓｏｃｎｉａｉｎｒｓａｓｎｆａｔ，ｏｉｐｒｍｅｅｓｎｃｔｇｒｅｆｓｉｔｌｔｃｙｔｉｌｏｌ
处逐渐增加至４６ｍ在５Ｖ能级减少至１．．Ｍｅ处。
众所周知．电子示踪剂注入人体发生衰变．正当各向同性释放出正电子在组织内大约前进１２￣ｍｍ．速度减慢后与人体内部的负电子发生湮灭效应，同时产生一对２方向相反的个５ｌｅ１ｋＶ的光子：用一对相对的检测器通过电子复合线路检测出这一时光子，即可形成ＰＴＥ罔像。湮灭光子在探测器中与闪烁晶体的相互作用．要有：利效应、普顿效应和光电效主瑞康应。真正能被闪烁晶体识别接受到的效应为后２反应。潭灭种
ｒｄａｉｎｄｔｃｏ，ｉｈｉａｃｕｉｌｐｒｉＥｅｉｅｔｉｅｐｃｅｏｐｏｉｅｍｏｅｃｎｕｔｆｒｔｅｍｅｉａｅｖｃｎａｉｔｅｅｔｒｗｈｃｓｒｃａａｔｎＰＴｄｖｃ．Ｉｓｘｅｔｄｔｒｖｄｒｏｓｌｏｈｄｃｌｓｒｉｅｉｏｓ

无机闪烁晶体

无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介一无机闪烁晶体1 闪烁晶体与辐射探测X射线、CT、核医学放射性核素成像、环境辐射监测、高能射线探测，其原理都是利用光子流作为射线源，射线穿透人体或物质，再从人体或物质中发射出来或射线直接被探测器接收而形成影像。

所以探测器系统对射线的接收程度就成为关键的因素之一，常用的技术有：气体电离室探测、半导体材料探测、闪烁晶体探测等。

而闪烁晶体因其固有的吸收射线辐射发光的特性就成为测量射线能量和强度的良好材料。

无机闪烁晶体主要应用领域有高能物理、核物理、核医学（如XCT、PET以及g相机）、工业应用（工业CT）、地质勘探、石油测井等。

闪烁晶体在射线的激发下能发出位于可见光波段的光波，不同的闪烁体最大闪烁发射波长、光产额、闪烁衰减时间、辐射长度、辐照硬度及密度、熔点、硬度、吸潮性等物理性质都有所不同。

现实中没有任何一种闪烁体能满足全部使用要求，每种闪烁晶体都有各自的优缺点，使用中需根据具体要求及应用领域选择不同的材料。

一般来说无机闪烁晶体用于辐射探测时基本应具备以下几个条件：<1>对探测粒子有较大的阻止本领，使入射粒子在晶体中的损耗量较大，为此闪烁体的密度及有效原子序数应较大。

<2>具有较高的发光效率及较好的能量分辨率。

<3>在自身发光波段内无吸收，即有较高的透过率。

<4>较短的发光衰减时间（时间分辨好）。

<5>发射光与光探测元件光谱响应相匹配。

<6>较大的辐照硬度（抗辐射损伤）。

<7>较好的热稳定性（发光效率受温度影响小）。

<8>易于加工成各种形状和尺寸。

<9>较好的化学稳定性（不吸潮）。

现已开发的无机闪烁体如下：NaI(Tl) .CsI. CsI(Na) .CsI(Tl) .LiF(Eu) .CaF2(Eu) .CdF2、BaF2.CeF3 .BGO(Bi3Ge4O12) .ZWO(ZnWO4) .CWO(CdWO)4 .PWO(PbWO4) .GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce) .LAP:Ce(LaAlO3:Ce) .YAP:Ce（Y AlO3:Ce）.LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。

高密度快衰减闪烁晶体及其研究开发现状

第32卷第3期硅酸盐学报Vol.32,No.3 2004年3月JOURNAL OF THE C HINESE CERAMIC SOCIET Y M a r c h,2004综合评述高密度快衰减闪烁晶体及其研究开发现状张明荣,韦瑾(北京玻璃研究院,北京博科力晶体公司,北京100062)摘要:近10多年来,由于高能物理实验、核医学成像的迫切需要,具有高密度和快衰减特性的闪烁晶体日益受到重视。

一些具有应用潜力的高密度、快衰减闪烁晶体,特别是Ce3+激活的镥(Lu)基化合物相继被发现、研究和开发,有的甚至已经被实际应用。

文中简要介绍了密度大于5.0g/cm3、衰减时间短于100ns的本征型闪烁晶体以及非本征型掺Ce3+闪烁晶体,并对它们的研究开发现状进行了评述,同时揭示了高密度、快衰减闪烁晶体的发展趋势。

关键词:闪烁晶体;密度;闪烁性能;铈掺杂;综述中图分类号:O482.31文献标识码:A文章编号:04545648(2004)03038408STATUS OF RESEARCH AND DEVELOPMENT ON SCINTILLATION CRYSTALS WITHPROPERTIES OF HIGH DENSITY AND FAST DECAY TIMEZH A N G M ingrong,WEI Jin(Beijing G lass Resear ch Institute,Beijing BGRI Crystal Company,Beijing100062,China)Abstract:Scintillatio n crystals with hig h density and fast decay character hav e been attracted increasing interest due to t he urgent needs in high energy physics ex periments and nuclear medical imag ing.In the last ten years,many scintillat ion crystals were discov-ered one after another,especially Lu-based cr ystals activated by Ce3+ions,and followed by the intensive research and development. Some of them were put into actual applicat ion.Intrinsic scintillation crystals w ith density of more than5.0g/cm3and decay time of less than100ns,as w ell as the ex trinsic scintillation crystals doped with Ce3+ions,are summarized.T he current status o f research and development of scintillation crystals with high density and fast decay character is review ed,and the prospect in further develop-ment of these crystals is also presented.Key words:scintillat ion crystal;density;scint illation propert y;cerium do ping;r ev iew20世纪90年代,由于高能物理领域[如美国的超导超级对撞机(superconducting super collider,SSC)、欧洲核子研究中心(European organization for nuclear research,CERN)的大型强子对撞机(large hadron collider,LHC)]和核医学成像领域正电子断层扫描(positron emissi on tomography,PET)收稿日期:20031010。

常用光学晶体

尺寸Diameter up to 60mm; 包裹体None visible直径公差±0.1mm定向精度 2 arc minutes角度公差10 arc minutesS/D 20/10 to MIL-O-13830A 平行度20 arc seconds面形λ/8 @ 632.8nmCaF2晶体（氟化钙）简介：包裹体不可见直径公差±0.1mm定向精度2分角度公差10 arc minutesS/D 20/10 to MIL-O-13830A平行度20 arc seconds面形λ/8 @ 632.8nmMgF2晶体(氟化镁)简介：氟化镁晶体被应用在环境要求很苛刻的光学系统中，它的透过波段为0.11μm--8.5μm。

辐照不会导致色心的产生，它有良好的机械性能，可以承受热和机械震动，很大的外力才能使氟化镁解理。

氟化镁单晶由于有微弱的双折射性能，通常的切向为光轴垂直于晶片表面。

氟化镁是一种应用很广泛的晶体，具有如下特性：1、在真空紫外到红外(0.11～8.5μm)波段有很高的透过率.2、抗撞击和热波动以及辐照3、良好的化学稳定性.4、可用于光学棱透镜、锲角片、窗口和相关光学系统中5、四方双折射晶体性能，可用于光通讯.烁光公司是中国最大的氟化镁生产商，我们的大尺寸氟化镁单晶在深紫外波段有很高的透过率，特别适合做深紫外、准分子激光窗口。

我们采用坩埚下降法延光轴方向生长各种直径规格的的单晶体，最大直径160mm，标准品的直径是100mm。

烁光公司的MgF2晶体具有高透过率的特性，不同波长的透过率为：50% @ 120nm， 60% @ 140nm， 90% @ 200nm， 93% @ 300-5000nm。

公司能提供UV级的毛坯，窗口、棱镜、柱面镜、透镜、锲角片等，也可以依据客户和设计图的要求加工。

以下是我们标准产品的详细参数UV 毛坯材料：DUV grade MgF2尺寸：35 x 35 x 60mm；公差 +0.5切向：35 x 35面垂直于c-axis；公差 +/- max. 20倒边r：0.2 +/- 0.1mm x 450UV 窗口UV窗口是公司生产最大量的产品，我们能够提供深紫外的窗口，在121.6nm处的透过率能达到65%，这使得氟化镁可以应用在准分子与Nd:YAG激光器上。

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。

闪烁体材料比较

晶体密度g/cm3发光峰波长/nmγ闪烁效率发光衰减时间/ns能量分辨率137Cs%是否潮解NaI(Tl) 3.67 415 100 230 7.0 强CsI(Tl) 4.51 550 45 1000 9.0 微CsI(Na) 4.51 420 85 630 弱BGO 7.13 480 15 300 9.5 否LSO:Ce 7.40 420 75 40 12.0 否GSO:Ce 6.71 440 30 60 7.8 否YAP:Ce 5.55 350 40 24 否LaBr3:Ce 5.30 380 16 3.2 强应用领域各领域的要求医学X-CT 高光输出，快衰减时间，低余辉，高X射线吸收系数PET 高密度(> 7g/cm3)，快衰减时间(< 100ns)，高光输出(> 8500 photons/MeV)石油测井大体积，高Z值，快衰减时间，高光输出，能量分辨率好，高温可用，抗震能力强工业X-CT 高光输出以满足高透射测量，高密度以满足空间分辨率高能物理高密度(强吸收，Moliere radius较小)，快衰减时间，高辐射强度，价格低核物理能量分辨率好，快衰减时间，高光输出以满足高探测效率天体物理能量分辨率好，灵敏度高(10 -5～10 -7 photons/cm2 s-1)，抗硬射线辐射，温度系数好光电倍增管的原理图光电倍增管（PMT）是一种能把微弱光信号转变为电信号的真空光探测器件，具有极高灵敏度和超快时间响应。

优异的灵敏度（高电流放大和高信噪比）主要得益于使用了基于多个排列的二次电子发射系统。

它能够使电子在低噪声条件下得到倍增。

PMT的原理是光阴极在光子的作用下向真空中激发出光电子，这些电子被外电场（或磁场）加速，经过聚焦、汇聚于第一次极，这些冲击次极的光电子能使第一次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极，这样一直经过大约十次以上倍增，放大倍数可达到108～1010。

最后，在高电位的阳极收集到放大了的光电流并输出，进入后续电路供分析研究。

导模法生长无机闪烁晶体

闪烁晶体的发光原理：
激活剂的基态和激发态分别位于禁带的上下两部分。当价态中的激活剂吸收入射高能粒子或射线的能量后,能量升高,再捕获导带中的一个电子后跃迁到激发态,由激发态返回到基态时释放能量并发出具有特定波长的闪烁脉冲光。
无机闪烁晶体的分类: 常用的无机闪烁晶体材料通常可以分为氧化物型和卤化物型两大类。主要的氧化物型闪烁晶有BGO、PWO、YAG等，它们大多具有密度高、衰减快和物化性能稳定等优点。传统的卤化物型闪烁晶体主要以碱金属碘化物为代表，如 NaI、CsI等，它们具有很高的光产额，同时也具有较好的能量分辨率和时间分辨率。
2.闪烁晶体
闪烁晶体的定义：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。闪烁晶体的应用: 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，经过100多年的发展，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。
导模法生长无机闪烁晶体
主要内容 1.导模法
2.无机闪烁晶体
1.导模法(EFG)
导模法的定义及原理：从熔体中制取单晶材料的方法之一，类似于提拉法，又叫边缘限定薄膜供料法（Edge-defined Film-fed Growth technique）。它是将留有毛细管狭缝的模具放在熔体中，熔液借毛细作用上升到模具顶部，形成一层薄膜并向四周扩散，同时受子晶诱导结晶，模具顶部的边缘可控制晶体呈片状、管状或所需的某种几何形状产出。
晶体生长过程中（国外文献截图）
导模法生长晶体的优点： 1.纵向温度梯度大，生长速度快，效率高。 2.可直接生长一定形状的晶体，如：片状，条状，柱状，桶状等各种形状，不用切割只需简单加工就可直接使用，节约成本。 3. 熔体在毛细管中的对流作用非常弱 , 晶体在生长过程中由分凝现象排出的过剩溶质 , 只有靠扩散向熔体主体中运动 , 因此 , 该方法容易得到成分均匀的掺杂晶体。 4.光学均匀性较好

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)Y2x SiO5（LYSO）晶体，新型闪烁晶体在行业进步的推动下不断涌现。