無(wú)機(jī)閃爍晶體.doc

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1、無(wú)機(jī)閃爍晶體、塑料閃爍體簡(jiǎn)介　無(wú)機(jī)閃爍晶體、塑料閃爍體簡(jiǎn)介?一無(wú)機(jī)閃爍晶體1閃爍晶體與輻射探測(cè)X射線、CT、核醫(yī)學(xué)放射性核素成像、環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)、高能射線探測(cè)，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?gòu)娜梭w或物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)或射線直接被探測(cè)器接收而形成影像。所以探測(cè)器系統(tǒng)對(duì)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(cè)、半導(dǎo)體材料探測(cè)、閃爍晶體探測(cè)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(cè)量射線能量和強(qiáng)度的良好材料。無(wú)機(jī)閃爍晶體主要應(yīng)用領(lǐng)域有高能物理、核物理、核醫(yī)學(xué)（如XCT、PET以及g相機(jī)）、工業(yè)應(yīng)用（工業(yè)CT

2、）、地質(zhì)勘探、石油測(cè)井等。閃爍晶體在射線的激發(fā)下能發(fā)出位于可見(jiàn)光波段的光波，不同的閃爍體最大閃爍發(fā)射波長(zhǎng)、光產(chǎn)額、閃爍衰減時(shí)間、輻射長(zhǎng)度、輻照硬度及密度、熔點(diǎn)、硬度、吸潮性等物理性質(zhì)都有所不同?，F(xiàn)實(shí)中沒(méi)有任何一種閃爍體能滿(mǎn)足全部使用要求，每種閃爍晶體都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，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(lái)說(shuō)無(wú)機(jī)閃爍晶體用于輻射探測(cè)時(shí)基本應(yīng)具備以下幾個(gè)條件：<1>對(duì)探測(cè)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(wú)吸收，即有較高的

3、透過(guò)率。<4>較短的發(fā)光衰減時(shí)間（時(shí)間分辨好）。<5>發(fā)射光與光探測(cè)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?。?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）。現(xiàn)已開(kāi)發(fā)的無(wú)機(jī)閃爍體如下：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).Y

4、AP:Ce（YAlO3:Ce）.LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。?2無(wú)機(jī)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(duì)NaI(Tl)光輸出的界定是以最早的塑料閃爍體--蒽（C14H10）來(lái)標(biāo)定，相對(duì)于蒽，NaI(Tl)的相對(duì)光輸出為230%。NaI(Tl)晶體密度較低（3.65g/cm3），BGO有較高的密度（7.13g/cm3），但光輸出較低（只有NaI(Tl)的8%）。現(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

5、NaI(Tl)的75%，且衰減時(shí)間快、密度高。因其優(yōu)良的性能，盡管造價(jià)昂貴，但仍不失為高能探測(cè)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(duì)于NaI(Tl)的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。NaI(Tl)因具有很高的光產(chǎn)額且受溫度的影響相對(duì)較?。稍?70℃時(shí)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(cè)X射線、γ射線的敏感元件，迄今仍在廣泛使用。常見(jiàn)有NaI(Tl)單晶及熱鍛NaI(Tl)閃爍晶體，Table.1為NaI

6、(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[K]924Thermalexpansioncoefficient[K-1]47.4x10-6Cleavageplane（100）Hardness(Mho)2HygroscopicyesWavelengthofemissionmaximum[nm]415Refractiveindexatemissionmaximum1.8

7、5Primarydecaytime[μs]0.25Temperaturecoefficientoflightyield0.3%K-1Lightyield[photons/MeVγ]38x1032.1.1NaI(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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)晶體光輸出的影響?？梢钥闯?，相對(duì)于CsI和BGO晶體，NaI(Tl)在高溫時(shí)具有更高的發(fā)光強(qiáng)度，這使其在環(huán)境溫度較高的場(chǎng)合有更強(qiáng)的

8、適應(yīng)性，例如油井或空間探測(cè)。NaI(Tl)晶體易受輻射損傷，若長(zhǎng)時(shí)間暴露在高強(qiáng)度