X射线激发发光断层成像（XLCT）是一种新兴的混合成像技术，该技术可同时获得目标体结构信息和功能信息。然而，窄束XLCT重建图像虽然具有高空间分辨率，但X射线利用率较低，数据采集时间过长；锥束XLCT系统提高了X射线利用率，缩短了数据采集时间，但有限的探测角度导致图像重建质量相对较低。为解决上述问题，提高X射线利用率，高效实现多角度高灵敏数据采集，提出了一种基于光子计数测量的锥束XLCT系统，并通过仿体实验对其性能进行了验证。仿体实验结果表明，6个角度锥束照射模式下重建图像的相似度系数（DICE）可达50%，系统保真度（SF）和重建浓度误差（RCE）达到0.7以上，可实现3 mg·mL^-1以上的荧光物质质量浓度差距的重建。

采用自发成核坩埚下降法生长了直径25 mm的铈、锶共掺溴化镧(LaBr3∶5%Ce,x%Sr，简称LaBr3∶Ce,Sr，其中x=0.1、0.3、0.5，摩尔分数)闪烁晶体，测试对比了晶体的X射线激发发射光谱、透过光谱和脉冲高度谱等。结果表明，不同Sr2+掺杂浓度的LaBr3∶Ce,Sr晶体在X射线激发下的发射光谱波形基本一致，但相比未掺杂Sr2+的样品，发射峰的峰位发生了明显的红移，随着Sr2+掺杂浓度的增大，发射峰红移程度增大。不同Sr2+掺杂浓度的LaBr3∶Ce,Sr晶体在350~800 nm不存在明显的吸收峰，0.3%和0.5%Sr2+掺杂晶体的透过率有所降低。随着Sr2+掺杂浓度的增大，能量分辨率逐步提高，Sr2+掺杂浓度为0.5%时，LaBr3∶Ce,Sr晶体的能量分辨率最高，达2.99%@662 keV。对尺寸25 mm×25 mm的LaBr3∶Ce,0.5%Sr晶体进行了防潮封装，所得晶体封装件的能量分辨率为2.93%@662 keV。

采用传统高温熔融法合成了玻璃组成为B2O3-GeO2-15GdF3-(40-x)Gd2O3-xEu2O3 (0≤x≤10)的Eu3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃。在硼锗酸盐玻璃基质中, Gd2O3和GdF3稀土试剂的总含量高达55％, 从而确保其密度高于6.4 g/cm3。闪烁玻璃的光学性能通过光学透过光谱、光致发光光谱、X射线激发发射(XEL)光谱和荧光衰减曲线来表征。玻璃中Gd3+→Eu3+离子的能量传递通过激发光谱、发射光谱和Gd3+-Eu3+离子间距得到证明, 同时也确定了在紫外线和X射线激发下Eu3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃的最佳浓度。Judd-Ofelt理论分析了玻璃中Eu―O键的共价性随Eu3+掺杂浓度增加而显著增强。Eu3+激活氟氧硼酸锗酸盐闪烁玻璃在80~470 K温度范围内荧光衰减曲线和发射光谱的温度依赖关系最终证实了其具有较好的发光稳定性。

采用高温熔融法制备了Dy3+或Tb3+单掺和Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃。 通过对傅里叶变换红外光谱、 透射光谱、 光致激发和发射光谱、 X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线的分析, 研究Dy3+与Tb3+之间的能量传递关系以及Dy3+对Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃发光性能的影响。 实验结果表明: Dy3+/Tb3+共掺硅酸盐氟氧闪烁玻璃具有较高的密度和良好的可见区透过率, 玻璃的网络结构是由［SiO4］四面体和［AlO4］四面体连接构成。 在紫外光激发时, Dy3+单掺玻璃的发光源于Dy3+的4F9/2→6H15/2(483 nm), 6H13/2(576 nm)的跃迁发射, 而Tb3+单掺玻璃的发光则源于Tb3+的5D4→7F6(489 nm), 7F5(544 nm), 7F4(586 nm)和7F6(623 nm)的跃迁发射。 对于Dy3+/Tb3+共掺玻璃, 发射光谱则主要由Tb3+的荧光发射组成。 通过对不同波长紫外光激发的发射光谱分析发现, Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中存在多种形式的能量传递。 在以Dy3+的特征激发452 nm为激发波长时, Tb3+单掺玻璃的发光很弱。 但随着Dy3+的引入, 通过4F9/2(Dy3+)→5D4(Tb3+)的能量传递, Tb3+发光得到敏化增强。 Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度随着Dy2O3含量的增多而增强, Dy2O3含量为1 mol%时达到最大, 更高Dy2O3含量的样品由于Dy3+的浓度猝灭, 减少了向Tb3+的能量传递, 发光强度减弱。 当激发波长减小到350 nm时, Dy3+和Tb3+均被激发到更高的能级6P7/2(Dy3+)和5L9(Tb3+), 此时除了4F9/2(Dy3+)→5D4(Tb3+)的能量传递外, 还出现了5D4(Tb3+)→4F9/2(Dy3+)的能量回传。 Dy3+掺杂浓度较低时, Dy3+→Tb3+能量传递作用较强, Tb3+发光得到敏化增强。 随着Dy2O3含量的增多, Tb3+→Dy3+能量传递作用增强。 当Dy2O3含量超过0.4 mol%时, Tb3+→Dy3+能量传递强于Dy3+→Tb3+能量传递, 减少了Tb3+的辐射跃迁发光, 因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度开始减弱。 由于Gd3+向Dy3+或Tb3+均可进行有效的能量传递, 因此在以Gd3+的特征激发274 nm为激发光时, Dy3+/Tb3+共掺玻璃中出现了Dy3+和Tb3+对Gd3+传递能量的竞争。 随着Dy2O3含量的增多, Tb3+所获得的能量不断减少, 同时伴随着Tb3+→Dy3+能量回传和Dy3+之间的无辐射交叉弛豫作用, Dy3+/Tb3+共掺玻璃的发光强度不断减弱。 对Dy3+/Tb3+共掺闪烁玻璃中Tb3+的5D4→7F5荧光衰减曲线分析还发现, 随着Dy2O3含量的增多, Tb3+的荧光寿命从2.24 ms缩短到1.15 ms, 曲线从单指数形式变为双指数形式, 进一步证明玻璃中存在5D4(Tb3+)→4F9/2(Dy3+)的能量回传。 X射线激发发射光谱显示, Dy3+的引入对Tb3+激活闪烁玻璃的辐射发光具有很强的负面影响, 而这种负面影响不足以通过Dy3+→Tb3+能量传递来弥补, 因此Dy3+/Tb3+共掺玻璃的辐射发光强度随着Dy2O3含量的增多而不断减弱。 由此可见, 在Tb3+激活硅酸盐氟氧闪烁玻璃中, 不宜将Dy3+作为敏化剂, 用于增强Tb3+的发光。

以石英基片为衬底,采用真空热蒸发法,通过调控衬底温度制备出了具有微柱结构、柱径在μm量级、厚度约17　μm的γ-CuI超快闪烁转换屏.在X射线激发下,所制备的γ-CuI超快转换屏具有峰位在430 nm的快成分发射峰和峰位在700 nm的慢成分发射带,其中快成分发射峰占总发光的主要部分;随着衬底温度由170　℃升高至210　℃,转换屏430 nm发射峰的强度会逐渐减弱,而700 nm发射带的强度则逐渐增强,这可能是由于较高的衬底温度会造成碘流失从而引起转换屏中碘空位增加、铜空位减少所致(Cu/I增大),碘流失的假设得到了卢瑟福背散射实验的验证.γ-CuI超快转换屏的晶体结构呈(111)晶面择优取向,且不随衬底温度而变化,当衬底温度升高至210　℃时,由于CuI分子获得的动能增加,转换屏还会出现微弱的(220)和(420)晶面的取向.当衬底温度由170℃增至190　℃时,转换屏的微柱结构会随之优化,微柱结构明显,但当衬底温度进一步增至210　℃时,由于表面扩散和体扩散效应加剧,微柱结构会随之退化.最后,采用刃边法测量了所制备γ-CuI转换屏的空间分辨率,结果显示170,190和210　℃衬底温度条件下所制备的转换屏,其空间分辨率分别为:4.5,7.2和5.6 lp·mm-1,微柱结构有助于提高转换屏的空间分辨率。

采用高温熔融法和热处理工艺制备出一种Tb3+掺杂的PbF2基玻璃和微晶玻璃。经XRD分析发现, 微晶玻璃内析出了PbF2颗粒, 微晶团聚体平均尺寸约为15～75 μm。在378 nm紫外光和X射线激发下, 掺Tb3+的微晶玻璃与未经热处理的玻璃样品比较, 微晶玻璃的发光强度增加了数倍, 因而提出PbF2微晶的析出是微晶玻璃发光增强的主要原因。

用多坩埚温度梯度系统生长了一批不同掺杂浓度的BaF2:PbWO4晶体，研究了这些晶体的透过光谱、x射线激发光谱(XEL)与晶体掺杂浓度的关系，结果发现合适浓度的掺杂增加了晶体的透过率、XEL光谱强度，并使XEL光谱峰红移.当掺杂浓度1000molppm浓度时，晶体的透过率明显增大、XEL光谱强度明显增强.当掺杂浓度达到2500~3000molppm左右时，透过率和x射线激发光谱强度有大幅度升高.BaF2浓度的继续增加到3500molppm浓度时，晶体透过率变化不大，但是XEL光谱强度降低，波峰加宽，继续增加掺杂浓度.掺杂浓度5000molppm时，波峰发生分裂，变成一个蓝光峰和绿光峰，蓝光峰很低，绿光波峰强，晶体光透过率降低.研究了这些现象发生的原因，发现晶体中V3+Pb缺陷和VO-缺陷、晶体［WO3F］-四面对闪烁发光的增强作用和间隙钡，间隙氧以及［WO2F2］四面体对闪烁发光的减弱作用与这些现象密切相关.

采用提拉法生长了质量较高的掺Fe铝酸锂(LiAlO2:Fe)晶体,并用吸收光谱、光致激发与发射光谱以及X射线激发发射(XEL)光谱测试等方法对晶体的光谱性质及结构进行了研究。结果表明,晶体对可见光与近红外光具有较高的透过,而在深紫外波段存在与Fe离子相关的吸收。以266 nm光激发得到710 nm的Fe3+离子的特征发射峰,分析表明晶体中Fe3+离子代替Li+离子而处于8面体格位。比较不同晶体样品的XEL光谱发现,空气退火后的γ-LiAlO2晶体出现了318 nm处较强的缺陷发光,而同样条件退火后的LiAlO2:Fe晶体与未退火的γ-LiAlO2晶体均未观察到相应的发光。分析得出此发光应与晶体退火后形成的F+心有关,而Fe掺杂可抑制晶体中Li2O的挥发,提高晶体的热稳定性。

利用多坩埚温度梯度法生长了PbWO4 和BaF 2 :PbWO 4 晶体, 研究了PbWO 4 、退火PbWO 4 和BaF 2 :PbWO 4 晶体 的透过光谱和X射线激发光谱, 结果发现这些光谱性质与晶体的组成和生长工艺密切相关, 其中退火的影响较复 杂.高温退火的PbWO 4 晶体的透过光谱在360nm以上波段有较好的透过率, 但是在320～360nm波段透过率反而略 有降低;380nm以上波段的X射线激发光谱光谱强度较高, 320～380nm波段光谱强度却略有降低.掺杂的离子改 善了晶体的透过率和X射线激发发光光谱强度.利用晶体的生长工艺和组成与缺陷以及晶体光学性质之间的关系 解释了这些现象产生的原因.BaF 2 :PbWO 4 掺杂晶体的X射线激发光谱的波形和发光峰强度均发生了很大程度的 改变, 与F 离子掺杂引发晶体［WO 4 ］ 2四面体基团畸变而产生的新的发光中心有关.

通过X射线管与光谱仪的组合， 在对X射线管和光谱仪的选取、 自动控制技术、 数据采集和处理等多个环节进行系统论证的基础上， 自行设计和研制了一台X射线激发发射谱仪。 通过采用标准光源， 对谱仪的波长和效率定标进行了重点研究， 运用这一谱仪分别测量了BaF2和CsⅠ(Tl)等闪烁晶体的X射线激发发射谱。 实验结果表明： 该谱仪具有光谱分辨高、 性能稳定、 操作简便、 屏蔽良好等特点， 可为闪烁材料的探索和开发提供一种十分有效的研究手段。