基本介紹
概念,發光材料,Al2O3:C材料輻射發光研究現狀,CsINa晶體的輻射發光特性及探測性能研究,輻射發光套用,
概念
高能帶電粒子入射發光體後，同發光體中的原子(或分子)碰撞，從原子電離出來的電子，具有很大的動能，可以繼續引起其他原子的激發或電離，因而產生大量次級電子。高能光子流入射發光體時，可能發生光電效應、康普頓效應及形成電子-正電子對（X射線主要產生光電子）；這些效應也都能產生大量次級電子。以上兩種激發情況都有共同的特徵：在粒子（光子）通過的路程上有大量的原子被激發或電離，並且產生大量的次級電子，因此這種激發具有密度高和空間不均勻性的特點，它們只發生在粒子（光子）經過的軌跡附近；典型的例子，對於ZnS材料，α粒子(能量約5MeV)引起的激髮帶直徑只有10cm，β粒子(約為1MeV)引起的帶直徑只有1.8×10cm，而X射線（約35keV）引起的帶則較大，為9×10cm。輻射激發的這些特點使得其發光量子效率大大超過1；例如對於X射線，高達1000以上的量子效率並不難獲得。這些都是有別於普通激發和發光的特點。
發光材料
發光材料受到射線輻照的性狀還是比較複雜的。一般地說，長期受到粒子轟擊，會逐漸引起原子的位移、形成各種缺陷，因而使無輻射中心數逐漸增加，發光性能逐漸衰退。與此相反，一些材料在射線粒子轟擊下卻觀察到發光增長現象，例如ZnS在α粒子轟擊下藍發射帶反而增強。總之輻照下物體的性狀是比較複雜的，有待深入研究。
Al2O3:C材料輻射發光研究現狀
Al2O3: C 材料因為其良好的劑量相應範圍和高靈敏度，與人體組織等效性接近，成為劑量監測研究的熱門。Al2O3: C 探測器廣泛套用於熱釋光(TL) 和光釋光(OSL)劑量監測。熱釋光是物質預先吸收輻射能之後的熱激發光， 光釋光是物質預先吸收輻射能之後的光激發光，其基本原理類似，只是激發方式不同。Al2O3: C在接受照射的過程中會立刻產生輻射發光(RL) ，這為劑量監測的實時測量提供了理論依據。現階段研究表明，Al2O3: C 材料的RL信號理論上是正比於輻射劑量率的，可以用於劑量的實時監測。但是值得一提的是其測量發光曲線並不是嚴格線性的， 這種現象產生原因是很複雜的、 多方面的， 也為劑量監測帶來了難題。
現階段研究表明， Al2O3: C 探測器的輻射發光信號強度與輻射劑量率整體成正比關係，在7mGy～14Gy劑量範圍內有著很好的線性回響，通過實驗處理或者算法處理可以反映實際劑量率大小，實現輻射劑量測量。但是，Al2O3: C 探測器的靈敏度會隨著輻射劑量、劑量率、晶體溫度等的變化而產生變化，實驗數據必須經過合適的實驗處理和算法處理才能反映真實輻射信息。在光纖系統中，利用脈衝式輻射條件和同步快門的方法可以有效排除光纖中的干擾信號。Al2O3: C 探測器的RL信號可以用作輻射劑量監測，配合光纖耦合技術可以實現劑量遙測和實時監測。
RL用於實時測量還存在諸多問題，如Al2O3: C探測器靈敏度變化的內在原因為何，探測器在低劑量和低劑量率下的性能問題以及如何提高光纖傳輸的效率等問題都是以後需要探究的。
CsINa晶體的輻射發光特性及探測性能研究
CsI(Na)晶體具有光產額高、機械性能好等優點，廣泛套用於伽馬射線探測、暗物質探測及深空探測等核輻射探測國際前沿領域。針對CsI(Na)晶體的輻射探測性能研究受到國內外學者的普遍關注。其中，晶體的輻射發光特性是其研究其探測特性的關鍵因素。本論文主要研究晶體的尺寸對晶體的探測性能的影響及晶體的輻射發光特性與晶體的粒度之間的關係，為CsI(Na)晶體在核輻射探測領域的套用提供了參考依據，具有一定的工程實踐價值及學術意義。
在CsI(Na)晶體探測特性研究方面，主要利用蒙特卡羅程式進行模擬並且計算CsI(Na)晶體的尺寸對其探測效率的影響。模擬計算結果表明，當晶體體積一定時，隨著晶體高度的減小，本徵探測效率下降，並且晶體高度與本徵探測效率二者線性度比較好。源峰效率隨著晶體半徑的增大先平緩上升後下降。
在CsI(Na)晶體的輻射發光性能研究方面，研究不同粒度CsI(Na)晶體在不同的激發方式下的輻射發光特性。塊狀CsI(Na)晶體的發光峰主要在315nm，420nm和590nm處，然而，對於納米量級的CsI(Na)晶體，在不同的激發方式下，研究發現其發光峰較大尺度晶體表現出明顯的差異：在陰極射線激發下，納米量級的CsI(Na)晶體發光峰主要以315nm和590nm，而在光激發下，納米量級的CsI(Na)晶體的發光峰主要以420nm為主。其原因是Na+相關的420nm發光峰由於納米結構的表面效應逐漸消失。另外，論文還研究了在同樣的實驗條件下，得到CsI(TI)晶體在光和陰極射線激發下的發射光譜，結果表明納米量級的CsI(TI)晶體並沒有因為不同的激發方式而表現出不同的發射光譜，和塊狀CsI(TI)晶體一樣，其發射光譜以在540nm的發光峰為主。
輻射發光套用
其中最重要的有：
① 閃爍計數器、閃爍探測器。用來進行射線強度、能譜及劑量的測量。
② X射線醫療及工業無損探測用的直接觀察屏,以及使乳膠感光的增感屏。直接觀察屏要求發光譜與人眼光譜回響匹配，一般譜峰在520～560nm之間。增感屏則要求感光乳膠對X 射線的吸收很少，而屏中的輻射發光材料吸收X 射線發出的光，能使乳膠感光，因此，發出的光應與乳膠的光譜回響相匹配。
