隨著人們對閃爍晶體材料進一步深入的研究和科技的發展,閃爍晶體材料一般可用于X射線、γ射線、中子及其他高能粒子的探測。經過100多年的發展,以閃爍晶體為關鍵的探測和成像技術已經在核醫學、高能物理、安全檢查、工業無損探傷、空間物理及核探礦等方面得到了很多的應用。閃爍晶體可以發出透明的熒光,在高能射線或其他放射性粒子通過時,會發出閃爍光,該種材料可以應用在射線、中子、高能粒子的探測中,經過了百年的發展,閃爍晶體材料已經在安全檢查、高能物理、核醫學等領域得到推廣。通常應用的閃爍晶體材料都是用人工方法培育出來的。河南雙摻CeYAG晶體性能
發光中心分布在晶體中分布不均勻將會導致探測元件閃爍性能的差異,在一定程度上降低了閃爍探測器的整機性能。研究表明,Ce:YAG晶體的閃爍性能對Ce3+離子濃度有較強的依賴關系。下列圖表分別表示了Ce:YAG閃爍晶體的光輸出和衰減常數(快成分與慢成分)隨Ce離子的濃度的變化關系。從表1-12中可以看出隨著濃度的增加(0.012%-0.21%),Ce:YAG晶體的光輸出增大(1000-1420phe/Mev),當濃度繼續增加到1.08%時,其光輸出又減小為1270phe/Mev。 結果表明溫梯法生長的Ce: YAG 晶體在高能射線和中子探測方面具有較大的應用價值。安徽雙摻CeYAG晶體制造以CeYAG單晶取代傳統CeYAG熒光粉用于制備白光發光二極管。
CeYAG是一種重要的具有優良閃爍性能的閃爍晶體,具有高的發光效率和寬的光脈沖,較大優點是其發光中心波長為550nm,可以與硅光二極管等探測設備有效耦合。同CsI閃爍晶體相比,CeYAG閃爍晶體具有快衰減時間(約70ns,而CsI衰減時間約為300ns),而且CeYAG閃爍晶體不潮解、耐高溫、熱力學性能穩定,主要應用在輕粒子探測、α粒子探測、gamma射線探測等領域,另外它還可以應用于電子探測成像(SEM)、高分辨率顯微成像熒光屏等領域。由于Ce離子在YAG基質中的分凝系數小(約為0.1),使Ce離子很難摻入YAG晶體中,而且隨著晶體直徑的增大,晶體生長難度急劇增加。
在Ce:YAG晶體中,Ce3離子以D2對稱性取代Y3位。在晶體場的作用下,4f1電子構型的Ce3離子基態分裂為2F5/2和2F7/2雙態,其5d能級分裂為5個子能級,比較低5d子能級離基態約22 000波。在Ce:YAG閃爍晶體中,其吸收熒光光譜也屬于F-D躍遷,具有寬帶、衰減快的特點。在可見光范圍內可以觀察到4個特征吸收峰,峰值波長分別為223nm、340nm、372nm和460nm,對應于Ce3離子從4f到5d的亞能級躍遷。在室溫下,其熒光光譜為500納米至700納米的寬帶光譜,峰值約為525納米,對應比較低5d子能級至2F5/2基態能級。如果高能射線入射,其熒光光譜向紅色移動,發射波長為550納米,可以很好地與硅光二極管耦合。CeYAG作為閃爍晶體,具有高的發光效率和寬的光脈沖。
鈰離子摻雜高溫無機閃爍晶體具有高光輸出快衰減的閃爍性能及優良的物化特性,但是要將高溫閃爍晶體廣泛應用于各種閃爍探測領域中尚需時日。一方面,高溫閃爍晶體屬于非本征閃爍晶體,人為引入的激發中心在晶體中的分布對閃爍性能影響較大,同時激發中心與晶體中的各種缺陷的相互作用機制也比較復雜,使得晶體的閃爍性能更加依賴于生長方法以及后處理工藝等;另一方面,高溫閃爍晶體具有較高的熔點使得大尺寸高質量閃爍晶體的生長較為困難。鈰離子摻雜無機閃爍晶體的研究現狀,由于鈰離子摻雜的無機閃爍體通常具有高光輸出和快速衰減的特點,因此從20世紀80年代末和90年代初開始。閃爍晶體是在高能射線的前提下形成的。河南雙摻CeYAG晶體性能
CeYAG晶體和透明陶瓷的光學和閃爍性能,采用溫梯法制備。河南雙摻CeYAG晶體性能
物質的有效原子序數可由公式計算:式中,Wi為構成晶體的原子I的重量百分比,Zi為構成晶體的原子I的有效原子數。從公式中可以看出,大的有效原子序數往往與重密度不一致。此外,在許多場合下,經常使用吸收系數()、輻射長度(X0)和摩爾半徑(RM)來代替晶體的有效原子序數或密度來表征無機閃爍晶體的性能。這些性能參數與晶體的密度()和有效原子序數(z)之間的關系如下[14][24]。,RMX0 (Z 1.2)/37.74(1.12)(ne是晶體中的電子密度和吸收截面,a是原子量)當I (t)=i0/e時,t=就是所謂的光衰減常數。河南雙摻CeYAG晶體性能
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