無機閃爍晶體

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1、無機閃爍晶體、塑料閃爍體簡介　無機閃爍晶體、塑料閃爍體簡介?一無機閃爍晶體1閃爍晶體與輻射探測X射線、CT、核醫(yī)學(xué)放射性核素成像、環(huán)境輻射監(jiān)測、高能射線探測，其原理都是利用光子流作為射線源，射線穿透人體或物質(zhì)，再從人體或物質(zhì)中發(fā)射出來或射線直接被探測器接收而形成影像。所以探測器系統(tǒng)對射線的接收程度就成為關(guān)鍵的因素之一，常用的技術(shù)有：氣體電離室探測、半導(dǎo)體材料探測、閃爍晶體探測等。而閃爍晶體因其固有的吸收射線輻射發(fā)光的特性就成為測量射線能量和強度的良好材料。無機閃爍晶體主要應(yīng)用領(lǐng)域有高能物理、核物理、核

2、醫(yī)學(xué)（如XCT、PET以及g相機）、工業(yè)應(yīng)用（工業(yè)CT）、地質(zhì)勘探、石油測井等。閃爍晶體在射線的激發(fā)下能發(fā)出位于可見光波段的光波，不同的閃爍體最大閃爍發(fā)射波長、光產(chǎn)額、閃爍衰減時間、輻射長度、輻照硬度及密度、熔點、硬度、吸潮性等物理性質(zhì)都有所不同?，F(xiàn)實中沒有任何一種閃爍體能滿足全部使用要求，每種閃爍晶體都有各自的優(yōu)缺點，使用中需根據(jù)具體要求及應(yīng)用領(lǐng)域選擇不同的材料。一般來說無機閃爍晶體用于輻射探測時基本應(yīng)具備以下幾個條件：<1>對探測粒子有較大的阻止本領(lǐng)，使入射粒子在晶體中的損耗量較大，為此閃爍體的密

3、度及有效原子序數(shù)應(yīng)較大。<2>具有較高的發(fā)光效率及較好的能量分辨率。<3>在自身發(fā)光波段內(nèi)無吸收，即有較高的透過率。<4>較短的發(fā)光衰減時間（時間分辨好）。<5>發(fā)射光與光探測元件光譜響應(yīng)相匹配。<6>較大的輻照硬度（抗輻射損傷）。<7>較好的熱穩(wěn)定性（發(fā)光效率受溫度影響小）。<8>易于加工成各種形狀和尺寸。<9>較好的化學(xué)穩(wěn)定性（不吸潮）?，F(xiàn)已開發(fā)的無機閃爍體如下：NaI(Tl).CsI.CsI(Na).CsI(Tl).LiF(Eu).CaF2(Eu).CdF2、BaF2.CeF3?.BGO(Bi3

4、Ge4O12).ZWO(ZnWO4).CWO(CdWO)4.PWO(PbWO4).GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce).LAP:Ce(LaAlO3:Ce).YAP:Ce（YAlO3:Ce）.LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。?2無機閃爍晶體特性及應(yīng)用領(lǐng)域NaI和BGO是目前應(yīng)用較多的閃爍晶體，NaI(Tl)光輸出大。對NaI(Tl)光輸出的界定是以最早的塑料閃爍體--蒽（C14H10）來標(biāo)定，相對于蒽，NaI(Tl)的相對光輸出為230%。NaI(Tl)晶體密度較低（3.65g/cm3），

5、BGO有較高的密度（7.13g/cm3），但光輸出較低（只有NaI(Tl)的8%）?，F(xiàn)處于較前沿的閃爍晶體有：GSO(Ce)、YAP(Ce)、LAP(Ce)、LSO(Ce)等。這些晶體光輸出較高，如LSO(Ce)約為NaI(Tl)的75%，且衰減時間快、密度高。因其優(yōu)良的性能，盡管造價昂貴，但仍不失為高能探測的理想材料。2.1碘化鈉NaI(Tl)晶體?NaI(Tl)晶體的發(fā)光效率在所有與光電倍增管耦合的閃爍晶體中是最高的，光產(chǎn)額為38000(光子數(shù)/MeVγ)，其余晶體的發(fā)光效率常以其相對于NaI(T

6、l)的百分?jǐn)?shù)來表示。NaI(Tl)因具有很高的光產(chǎn)額且受溫度的影響相對較小（可在170℃時使用），且成本低廉，所以較早應(yīng)用于地質(zhì)勘探及核醫(yī)學(xué)中作為探測X射線、γ射線的敏感元件，迄今仍在廣泛使用。常見有NaI(Tl)單晶及熱鍛NaI(Tl)閃爍晶體，Table.1為NaI(Tl)單晶及熱鍛NaI(Tl)閃爍晶體性能。Table.1?ScintillationPropertiesofNaI(Tl)andPOLYSCINNaI(Tl)CrystalDensity[g/cm3]3.67Meltingpoint

7、[K]924Thermalexpansioncoefficient[K-1]47.4x10-6Cleavageplane（100）Hardness(Mho)2HygroscopicyesWavelengthofemissionmaximum[nm]415Refractiveindexatemissionmaximum1.85Primarydecaytime[μs]0.25Temperaturecoefficientoflightyield0.3%K-1Lightyield[photons/MeVγ]3

8、8x1032.1.1NaI(Tl)單晶NaI(Tl)單晶是以NaI為基質(zhì)材料摻以適當(dāng)濃度的TlI生長而成的閃爍晶體材料。Fig.1是NaI(Tl)晶體的發(fā)光光譜，其最大發(fā)射波長在415nm，可以與光電倍增管的光陰極很好的匹配。Fig.2表示了溫度對晶體光輸出的影響?？梢钥闯?，相對于CsI和BGO晶體，NaI(Tl)在高溫時具有更高的發(fā)光強度，這使其在環(huán)境溫度較高的場合有更強的適應(yīng)性，例如油井或空間探測。NaI(Tl)晶體易受輻射損傷，若長時間暴露在高強度