閃爍晶體

閃爍晶體

閃爍晶體是指在X射線高能粒子的撞擊下,能將高能粒子的動能轉變為光能而發出閃光晶體

基本介紹

  • 中文名:閃爍晶體
  • 外文名:Scintillation crystals
  • 代表物質:鹵化物、鎢酸鹽、矽酸鹽
  • 主要功能:用於x射線、高能粒子的探測
概念定義,套用領域,高能物理,核醫學成像,工業CT,研究現狀,

概念定義

閃爍晶體是指高能粒子的撞擊下,能將高能粒子的動能轉變為光能而發出閃光的晶體
X射線可以用來進行醫療診斷、工業探傷和物質分析等,但人們是看不見X射線的,可是當它照射到一個螢光屏上就會發出螢光來,這樣醫生就看到了X射線透視人體的情況,同樣質量檢驗員就可了解到被檢物體內部質量有沒有問題,這個螢光屏就起到了把人眼看不見的X光轉變成看得見的光線的作用。這些能在X射線照射下激發出螢光來的材料叫做閃爍材料,當然閃爍材料除了在X射線照射下會發出螢光外,其他像放射性同位素蛻變產生的高能射線α射線β射線照射它時也會發出螢光來。
人們利用閃爍材料的這種特性做成了測量各種射線的探測器,即當高能射線照射到探測器上後,閃爍材料便發出螢光,射線愈強,發出的螢光愈強,這螢光被光電轉換系統接收並轉變成電信號,經過電子線路處理後,便能在指示器上指示出來,因此人們將這種探測器比喻為看得見X射線和其他高能射線的"眼睛"。
通常套用的閃爍晶體材料都是用人工方法培育出來的,種類也很多,從化學成分來講有氧化物、鹵化物(包括碘化物氟化物)等。

套用領域

閃爍晶體可用於x射線、γ射線、中子及其他高能粒子的探測,以閃爍晶體為核心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廣泛的套用。

高能物理

由於高能物理實驗的前沿之一將是研究更高能量(~TeV級甚至更高)的輻射,裝置很大,需要晶體數量很多,因而要求閃爍晶體不僅具有高密度(≥7g/cm)、快衰減(15~50ns)和高抗輻照(~1TeV)等特性外,而且價格低廉。對光產額要求,相對較低。對這類閃爍晶體的研究和開發難度很大,特別具有挑戰性。主要的任務有:
(1)研製新的高密度、快衰減閃爍晶體有兩條途徑。其一是,尋找新的高密度且適於Ce摻入的較低熔點(如<1300℃)的單晶基質材料,如含稀土的鎢酸鹽類;其二是,根據交叉發光機理(Cross Luminesecence),尋找新的低芯帶材料,可從高密度氟化物中篩選。
(2)對高密度的Cherenkov晶體材料進行改性,使其成為閃爍晶體,如PbF2、NaBi(WO42等晶體。
(3)最佳化已發現的摻Ce高密度晶體的性能,從文獻報導來看,有價值的材料主要集中在摻Ce的稀土矽(鋁)酸鹽,如GSO:Ce、LuAP:Ce、LSO:Ce以及Lux(RE)1-xAP:Ce等。
(4)設法降低高熔點全稀土閃爍晶體的生長成本,如改進生長工藝參數提高單產量和合格率,進行技術革新降低生產成本。

核醫學成像

核醫學成像領域需要質量更高、成本更低的閃爍晶體。如目前正電子發射型計算機斷層顯像(PET)首選的閃爍晶體—Bi4Ge3O12BGO)昂貴的價格是使PET的價格(上百萬美元)高居不下的因素之一。同時,為進一步提高空間解析度,有必要提高BGO晶體的光學質量,消除當中的微小散射顆粒。

工業CT

進一步提高批量生產的CdWO4晶體的巨觀完整性,解決個體間性能差異較大的問題。對於高光產額且不易開裂的閃爍晶體,如CsI:Tl晶體,則需要開發大截面(>15×15cm)且具有較好均勻性的晶體,用於製作大平面CT或CCD相機

研究現狀

同國外相比,中國閃爍晶體從業的科研人員較少。閃爍晶體方面的人才培養單位只有上海矽酸鹽所等個別單位,而且晶體生長和性能研究方面結合得還不夠緊密。另外,自主開發的新型閃爍晶體較少,特別是在高熔點、高性能的閃爍晶體的研製方面還十分薄弱。在閃爍晶體的產業化運作方面,尚存許多問題,與俄羅斯的BTCP相比,市場競爭能力還相對較弱。
就套用而言,中國閃爍晶體探測器件的製造單位還大多採用NaI:Tl或CsI:Tl等少數幾種晶體,性能更為優的閃爍晶體使用較少,甚至尚未使用用閃爍晶體。在工業CT和PET製造方面,中國尚處於試製階段。不過,中國在閃爍探測器和整機的製造方面,正在加強開發力度。
中國將藉助天宮二號的晶體生長平台,開展CsI晶體空間晶體生長實驗,重點研究微重力與晶體組分分凝的關係。探索空間微重力條件下固熔體晶體的組分分凝的特點,研究摻雜CsI晶體中摻雜離子分布均勻性與微重力條件的關係。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們