各类闪烁晶体性能对比

各类闪烁晶体性能对比 Prepared on 24 November 2020

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

100250415强2

掺铊碘化铯471000550轻微2%@6ms621

CsI(Na)掺钠碘化铯85630420有2

%@6ms621

纯CsI

纯碘化铯4-616000315轻微2

%@6ms621

BGO

锗酸铋20300480无5

%@3ms1050

L YSO

硅酸钇镥

7541420无

<%@6ms2050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）。