1 合肥工业大学 物理学院，安徽 合肥 230601
2 中国科学技术大学 核科学技术学院，安徽 合肥 230031
3 福建省辐射环境监督站，福建 福州 350013
NaI(TI)探测器是典型的闪烁体辐射探测器，其探测过程涉及辐射能量沉积、可见光信号产生与输运、光电转换与信号处理等物理过程。首先利用蒙特卡罗方法、Birks公式及射线追迹程序，开展了射线粒子在晶体中转为可见光输出过程的计算分析，并结合光电倍增管和信号处理电路的指标参数进行模拟仿真，得出探测器最终输出的脉冲电压信号参数；然后，在137Cs源辐射场中采用Φ50 mm×50 mm NaI(TI)晶体耦合光电倍增管开展实验验证，实验测得探测器输出脉冲信号的上升/下降时间比为0.39，与模拟计算数值0.36相比，相差约7.69%，表明模拟计算模型的输出结果与实测数据基本符合，初步证明了论文的模拟计算模型及计算分析过程的正确性。论文提出的方法，对于深入理解辐射粒子激发的荧光可见光在晶体闪烁体中的传输规律和闪烁体辐射探测器系统的优化设计，具有一定参考意义。
辐射探测 NaI(TI)晶体 蒙特卡罗 可见光传输 radiation detection NaI (TI) crystal Monte Carlo transport of visible light
1 1.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 2.中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621050
3 3.桂林电子科技大学 广西电子信息材料构效关系重点实验室, 桂林 541004
随着我国核辐射技术的进步, 辐射探测在近些年也得到了高速发展, 并被广泛应用于辐射安全监测、放射性医学诊疗、X射线安监系统、工业无损探伤以及微观粒子轨迹探测等诸多领域。辐射光致发光(Radio- photoluminescence, RPL)是一种在电离辐射作用下, 材料内部产生新的发光中心, 并被紫外光激发进而发光的现象, 可作为一种新型辐射探测手段。RPL材料通常具有存储辐射信息、信息几乎不衰减、剂量线性响应好、均匀稳定的高辐射灵敏度、能量依赖性小和可重复读数等特点, 弥补了光释光(Optically stimulated luminescence, OSL)和热释光(Thermally stimulated luminescence, TSL)材料在存储稳定性和重复使用性等方面的不足。自RPL现象被报道以来, RPL材料层出不穷, 如传统的Ag掺杂磷酸盐玻璃、Al2O3:C,Mg和LiF, 再到新型的Cu离子掺杂体系、Sm离子掺杂体系以及无掺杂体系材料等。同时, RPL应用也被不断发掘, 目前它已成为辐射探测领域不可或缺的材料之一。基于此, 本文概述了RPL材料的最新进展, 重点梳理了传统和新型RPL材料的发光原理、性能特点及其应用, 特别对比了不同RPL材料在辐射探测性能方面的差异。最后, 本文对RPL材料的优势及其不足之处进行了归纳分析, 并对其发展趋势进行了展望。
辐射光致发光 辐射探测 剂量监测 Ag掺杂磷酸盐玻璃 X射线成像 radio-photoluminescence radiation detection dose detection Ag-doped phosphate glass X-ray imaging
1 北京玻璃研究院有限公司, 北京 101111
2 北京一轻研究院有限公司, 北京 101111
3 中国科学院高能物理研究所, 北京 100043
本文采用改进的坩埚下降法生长了76 mm×76 mm的以氯化铈(CeCl3)为掺质的溴化镧(LaBr3)晶体。该晶体经切割、研磨加工、封装制成超薄铍(Be)金属LaBr3晶体防潮封装件, 封装件的晶体尺寸为76 mm×15 mm, 入射窗选用200 μm厚的Be金属片, 当入射能量为5.9 keV时能量分辨率为55%。对封装件依次开展力学(1 000 g冲击、14.12 g随机振动)、热真空(-40~+50 ℃、≤1.3×10-3 Pa)、辐照(160 krad剂量60Co辐照)试验, 并对试验前后封装件进行闪烁性能表征。结果表明, 试验前后晶体外观无肉眼可见变化, 662 keV的能量分辨率由5.30%变至4.89%, 光输出损失0.2%。
溴化镧晶体 铍金属 坩埚下降法 闪烁晶体 辐射探测 封装 LaBr3 crystal beryllium metal Bridgman method scintillation crystal radiation detection encapsulation
介万奇教授是我国人工晶体领域著名专家, 在晶体生长与凝固技术方面取得了诸多令人瞩目的成就, 尤其在室温核辐射探测用CdZnTe晶体的生长、器件制备及其产业化方面成绩显著。本次访谈中, 介万奇教授从学科发展角度和国家实际需求出发, 简要回顾了自身如何与功能晶体结缘, 介绍了近些年带领团队在Ⅱ-Ⅵ族半导体晶体生长理论、工艺技术及应用等方面取得的进展。着重阐述了室温核辐射探测器用碲锌镉(CdZnTe)晶体的重要价值, 以及半导体晶体在辐射探测领域的应用前景与挑战, 并结合自身实践进一步分享了对做科研和做产业、基础理论和工程应用之间不同的理解与认识。针对我国晶体材料未来的发展, 建议科研人员可多从物质新性能或新机理角度开展研究, 这将对探索新材料有重要参考。
辐射探测晶体 碲锌镉(CdZnTe) 半导体晶体 闪烁晶体 产业化 晶体生长 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1523
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院, 哈尔滨 150001
2 中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室, 合肥 230026
3 泰山学院物理与电子工程学院, 山东 泰安 271021
闪烁体作为辐射探测应用中的核心材料, 在工业无损探伤、医学影像学、高能物理以及安全检查等方面发挥着重要的作用。当前闪烁体研究的机遇与挑战并存, 特别是在新冠肺炎疫情进入常态化, 开发高性价比的新型闪烁体并对其综合性能进行优化具有重要的现实意义。纳米晶复合玻璃(也称微晶玻璃)闪烁体结合了闪烁晶体发光效率高与闪烁玻璃制备简单和成本低廉的综合优势, 成为了一种备受瞩目的明星闪烁体。本文根据发光中心不同, 分别介绍以稀土离子和以具有自发光效应的纳米晶作为发光中心的纳米晶复合玻璃闪烁体, 重点关注此类材料的制备、纳米晶种类与其发光性能之间的关联、以及材料在高能射线X和伽马光探测领域的潜在应用。最后, 对研究中存在的问题进行了探讨并对此类材料未来发展方向做出了展望。
闪烁体 闪烁玻璃 微晶玻璃 纳米晶复合玻璃 辐射探测 scintillator scintillation glass glass ceramics nano-glass composite radiation detection
中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621000
光子探测技术在高能物理、天体物理、医学成像等学科领域中扮演着重要的角色。特别是在辐射探测应用中，实现单光子高水平的灵敏探测一直是近几十年以来光电探测器发展的最终目的。硅光电倍增管（SiPM）技术作为理想固态光子探测器研究领域前所未有的尝试，凭借其出色的性能（增益高、偏置电压低、时间响应快速、对磁场不敏感等），吸引着越来越多研究者的关注。围绕SiPM的结构原理，回顾、分类、总结了SiPM在结构、性能及应用等方面近年来取得的研究进展。
硅光电倍增管 辐射探测 雪崩光电二极管 综述 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2100004
1 中材人工晶体研究院有限公司, 北京 100018
2 北京工业大学材料与制造学部, 北京 100049
对三联苯是一种常见的有机闪烁剂, 通常用作闪烁计数器的发光材料。对三联苯闪烁晶体具有对中子探测效率高以及不易潮解等特性, 这使其在实际应用中具有广阔的前景。本文采用坩埚下降法, 使用单层安瓿成功生长出12 mm×30 mm对三联苯晶体。在生长开始前通过差热分析, 确定晶体的生长温度。生长完成后测试了晶体粉末的X射线衍射谱、摇摆曲线、红外光谱、荧光光谱和拉曼光谱。X射线衍射结果表明, 生长的晶体为纯对三联苯相。从摇摆曲线结果可以看出, 生长晶体质量良好。红外和拉曼分析结果显示, 峰位并没有出现明显的偏移, 表明晶体中杂质含量较少并未引起晶体分子化学结构的变化。荧光光谱没有杂质峰的出现也说明对三联苯晶体存在较少杂质或晶格缺陷。
对三联苯 坩埚下降法 晶体生长 有机晶体 闪烁晶体 单层安瓿 辐射探测 p-terphenyl vertical Bridgman method crystal growth organic crystal scintillation crystal single layer ampoule radiation detection
1 北京玻璃研究院有限公司, 北京 101111
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
Cs2LiYCl6∶Ce(CLYC)晶体是一种具有n/γ双探测能力的新型闪烁晶体。采用坩埚垂直下降法生长出富6Li的CLYC晶体毛坯, 经加工、封装得到50 mm×50 mm的CLYC闪烁晶体封装件, 其对137Cs 662 keV γ射线的能量分辨率为4.22%; 测量252Cf中子源的脉冲波形甄别(PSD)品质因子(FOM)为3.45。凭借其优异的性能, CLYC闪烁晶体有望在中子探测领域替代3He正比计数管, 并可作为n/γ双探测的优选材料, 应用于中子辐射探测器、放射性同位素识别仪、个人辐射剂量仪, 以及其他中子、伽马射线的探测。
闪烁晶体 中子/伽马甄别 中子辐射探测 坩埚下降法 脉冲波形甄别 能量分辨率 scintillation crystal Cs2LiYCl6∶Ce Cs2LiYCl6∶Ce n/γ discrimination neutron radiation detection Bridgman method pulse shape discrimination energy resolution
西北工业大学材料学院, 凝固技术国家重点实验室, 辐射探测材料与器件工信部重点实验室, 西安 710072
采用布里奇曼法成功制备出大尺寸(15 mm×50 mm)、高质量的全无机金属卤化物类钙钛矿Cs3Bi2I9单晶。室温下, 该晶体属于六方晶系, 空间群为P63/mmc, 密度为5.07 g/cm3, 晶胞参数为a=b=0.840 nm, c=2.107 nm, 熔点为632 ℃。采用粉末X射线衍射谱、紫外-可见-近红外漫反射光谱、I-V测试等表征该晶体的性质。制备Au/Cs3Bi2I9/Au三明治型器件结构, 采用飞行时间技术测试Cs3Bi2I9晶体的载流子迁移率, 得到Cs3Bi2I9晶体的电子迁移率为4.33 cm2·V-1·s-1。根据Hecht单载流子方程拟合得到Cs3Bi2I9晶体的载流子迁移率寿命积(μτ)为8.21×10-5 cm2·V-1, 并且在500 V偏压下对α粒子的能量分辨率达到39%。
辐射探测 晶体生长 金属卤化物钙钛矿 布里奇曼法 Cs3Bi2I9 Cs3Bi2I9 radiation detection crystal growth metal halide perovskite Bridgman method
