新型鹵化物閃爍晶體研究中國計(jì)量大學(xué)材料學(xué)院史宏聲2018.101閃爍晶體簡介鹵化物晶體研究新型鹵化物閃爍晶體研究中國計(jì)量大學(xué)材料學(xué)院1閃爍晶體簡介鹵化閃爍晶體應(yīng)用核物理醫(yī)學(xué)成像安全檢查工業(yè)探傷地質(zhì)勘探高能物理核輻射探測所有人工晶體中全球市場銷量排名第二，僅次于半導(dǎo)體2003年，GE公司全球采購3億美元2閃爍晶體應(yīng)用核物理醫(yī)學(xué)成像安全檢查工業(yè)探傷地質(zhì)勘探高能物理核PhotonsNaI:Tl晶體吸收高能粒子的能量將其轉(zhuǎn)變成可見光非晶硅和光電二極管陣列將光信號轉(zhuǎn)變成電信號SodiumIodide(NaI)LightAmorphousSiliconPanel(Photodiode/TransistorArray)Electrons電流信號被轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號DigitalDataReadOutElectronics閃爍晶體具有分辨高能粒子如X射線,射線的能力,能夠用于制造高能粒子探測器,從而得到廣泛應(yīng)用.閃爍晶體簡介高能射線的眼睛3PhotonsNaI:Tl晶體吸收高能粒子的能量將其轉(zhuǎn)變成可4R2=Rstat2+Rin2+Rnp2能量分辨率Rv～0.15，主要決定于光輸出Rin(inhomogeneity)：非均勻性，晶體作為體材料的非均勻性以及光電倍增管的非均勻性Rnp（nonproportionality）：晶體在不同能量輻射下的光輸出與輻射能量不成正比R的極限值很可能在2%@662keVMarvinJ.Weber,JournalofLuminescence,2002,100:35–45.PieterDorenbos,IEEETransactionsonNuclearScience,2010,57(3):1162-1167.4R2=Rstat2+Rin2+Rnp2能量分辨率Rv～0簡要?dú)v史回顧5簡要?dú)v史回顧56新型鹵化物閃爍晶體CrystalLightYield(photons/MeV)Density(g/cm3)EnergyResolution(662keV)DecayTime(ns)Wavelengthofmaximumemission(nm)LaBr3:Ce70,000*5.082.0%*18380SrI2:Eu120,0004.592.3%1100440CsBa2I5:Eu102,0005.02.3%3000430KSr2I5:Eu94,0004.392.4%990445R<3%3%<R<4%CrystalLightYield(photons/MeV)Density(g/cm3)EnergyResolution(662keV)DecayTime(ns)Wavelengthofmaximumemission(nm)Cs4SrI6:Eu62,3004.033.3%1600467Cs2NaGdBr6:Ce48,0004.183.3%76388/415全面超越NaI:Tl/CsI:TlM.S.Alekhin,AppliedPhysicsLetters,2013,102(16):161915.N.J.Cherepy,AppliedPhysicsLetters，2008，92：083508.E.D.Bourret-Courchesne,NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchA,2009,612:138-142.L.Stand,NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchA,2015,780:40-44.L.Stand,JournalofCrystalGrowth,2018,486:162–168.SamulonEC，

JournalofLuminescence，2014，153(3):64-72．6新型鹵化物閃爍晶體CrystalLightYield(光輸出：70,000ph/Mev衰減時間：18ns密度：5.1g/cm3能量分辨率：2.8%光輸出：38,000ph/MeV衰減時間：300ns密度：3.67g/cm3能量分辨率：7%LaBr3:CeNaI:TlLaBr3:Ce晶體生長?7輻照損傷?光輸出：70,000ph/Mev光輸出：38,000ph/MLaBr3:Ce:CrystalgrowthPHR3.8%@662keVCrystalGrowth&Design,2010,10(10):4433-4436.8穩(wěn)定的一英寸晶體器件，1.5英寸與2英寸晶體加工時開裂/2010LaBr3:Ce:CrystalgrowthPHR3.Timeofrecovery(days)Pre-irrad1234584060Lightoutput(phe/MeV)221618761936187118811875185519281936Relativelightoutput(%)10084.787.484.484.984.683.78787.4晶體在60天內(nèi)，光輸出恢復(fù)到原來的87.4%，從表中看出，恢復(fù)后的光輸出仍然在5%誤差的范圍內(nèi)，幾乎沒有看到明顯的恢復(fù)9LaBr3:Ce閃爍晶體的輻照恢復(fù)

Radiationmeasurement,2014,65:14-17.LaBr3:Ce:Radiationdamage晶體的輻照損傷與劑量率無關(guān)Timeofrecovery(days)Pre-irraRecoveryTime（day）IncreaseofRelativeL.O（%）Drozdowskietal.,2007b(Φ15mm×5mmLaBr3:5%Ce)283%499%Drozdowskietal.,2008b(Φ1″×1″LaBr3:5%Ce)172%Ourresult(11×11×13mm3

LaBr3:3%Ce)603%10實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較LaBr3:Ce:RadiationdamageRecoveryTime（day）IncreaseofR假設(shè)晶體色心的產(chǎn)生和湮滅同時存在，則色心i的湮滅速率為ai，色心的產(chǎn)生速率是bi，則R就是劑量率，其中Di是晶體中色心的濃度。上式還可以寫成以下式子：其中是晶體最初的色心濃度。則是平衡時的色心濃度。11輻照損傷與劑量率的理論基礎(chǔ)LaBr3:Ce:Radiationdamage假設(shè)晶體色心的產(chǎn)生和湮滅同時存在，則色心i的湮滅速率為ai，Dose(rad)102103104105106-raySource60Co137Cs137Cs137Cs137CsDoserate(rad/h)3070007000700028800Time(hour)3.330.1291.28612.85731.2512輻照劑量與輻照劑量率LaBr3:Ce:RadiationdamageDose(rad)102103104105106-ray13輻照沖擊SamplesL.O(p.e./Mev)RelativeL.O(%)102103104105106Sample2570099.193.189.387.572.8Sample3505197.990.185.580.670.2Sample4476597.790.985.669.150.3輻照沖擊（Damageshock）是指晶體在接受輻照之后光學(xué)性能產(chǎn)生比較大的衰退，之后再加大輻照劑量時，晶體的性能產(chǎn)生相對較少的衰減。晶體在103rad開始表現(xiàn)出輻照沖擊13輻照沖擊SamplesL.O(p.e./Mev)RelaThefirstdoseDamageshockDrozdowskietal.,2007b(Φ15mm×5mmLaBr3:5%Ce)1kGy1kGyDrozdowskietal.,2008b(Φ1″×1″LaBr3:5%Ce)0.1kGy0.1kGyDrozdowskietal.,2008a(Φ1″×1″LaBr3:5%Ce)0.02kGy0.02kGyOurresult102rad=1Gy103rad=0.01kGy14實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較ThefirstdoseDamageshockDroz1515SrI2:EuCrystalResearchandTechnology,2012,47(5):548-55216SrI2:EuCrystalResearchandTe17SrI2:Eu嚴(yán)重自吸收：斯托克斯位移~20nm17SrI2:Eu嚴(yán)重自吸收：斯托克斯位移~20nm18Cs2LiLaBr6:Ce10*10*10cmCLLB:Ce單晶，4%能量分辨率18Cs2LiLaBr6:Ce10*10*10cmCLLB19歡迎大家到杭州指導(dǎo)工作?。?！19歡迎大家到杭州指導(dǎo)工作?。?！新型鹵化物閃爍晶體研究中國計(jì)量大學(xué)材料學(xué)院史宏聲2018.1020閃爍晶體簡介鹵化物晶體研究新型鹵化物閃爍晶體研究中國計(jì)量大學(xué)材料學(xué)院1閃爍晶體簡介鹵化閃爍晶體應(yīng)用核物理醫(yī)學(xué)成像安全檢查工業(yè)探傷地質(zhì)勘探高能物理核輻射探測所有人工晶體中全球市場銷量排名第二，僅次于半導(dǎo)體2003年，GE公司全球采購3億美元21閃爍晶體應(yīng)用核物理醫(yī)學(xué)成像安全檢查工業(yè)探傷地質(zhì)勘探高能物理核PhotonsNaI:Tl晶體吸收高能粒子的能量將其轉(zhuǎn)變成可見光非晶硅和光電二極管陣列將光信號轉(zhuǎn)變成電信號SodiumIodide(NaI)LightAmorphousSiliconPanel(Photodiode/TransistorArray)Electrons電流信號被轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號DigitalDataReadOutElectronics閃爍晶體具有分辨高能粒子如X射線,射線的能力,能夠用于制造高能粒子探測器,從而得到廣泛應(yīng)用.閃爍晶體簡介高能射線的眼睛22PhotonsNaI:Tl晶體吸收高能粒子的能量將其轉(zhuǎn)變成可23R2=Rstat2+Rin2+Rnp2能量分辨率Rv～0.15，主要決定于光輸出Rin(inhomogeneity)：非均勻性，晶體作為體材料的非均勻性以及光電倍增管的非均勻性Rnp（nonproportionality）：晶體在不同能量輻射下的光輸出與輻射能量不成正比R的極限值很可能在2%@662keVMarvinJ.Weber,JournalofLuminescence,2002,100:35–45.PieterDorenbos,IEEETransactionsonNuclearScience,2010,57(3):1162-1167.4R2=Rstat2+Rin2+Rnp2能量分辨率Rv～0簡要?dú)v史回顧24簡要?dú)v史回顧525新型鹵化物閃爍晶體CrystalLightYield(photons/MeV)Density(g/cm3)EnergyResolution(662keV)DecayTime(ns)Wavelengthofmaximumemission(nm)LaBr3:Ce70,000*5.082.0%*18380SrI2:Eu120,0004.592.3%1100440CsBa2I5:Eu102,0005.02.3%3000430KSr2I5:Eu94,0004.392.4%990445R<3%3%<R<4%CrystalLightYield(photons/MeV)Density(g/cm3)EnergyResolution(662keV)DecayTime(ns)Wavelengthofmaximumemission(nm)Cs4SrI6:Eu62,3004.033.3%1600467Cs2NaGdBr6:Ce48,0004.183.3%76388/415全面超越NaI:Tl/CsI:TlM.S.Alekhin,AppliedPhysicsLetters,2013,102(16):161915.N.J.Cherepy,AppliedPhysicsLetters，2008，92：083508.E.D.Bourret-Courchesne,NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchA,2009,612:138-142.L.Stand,NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchA,2015,780:40-44.L.Stand,JournalofCrystalGrowth,2018,486:162–168.SamulonEC，

JournalofLuminescence，2014，153(3):64-72．6新型鹵化物閃爍晶體CrystalLightYield(光輸出：70,000ph/Mev衰減時間：18ns密度：5.1g/cm3能量分辨率：2.8%光輸出：38,000ph/MeV衰減時間：300ns密度：3.67g/cm3能量分辨率：7%LaBr3:CeNaI:TlLaBr3:Ce晶體生長?26輻照損傷?光輸出：70,000ph/Mev光輸出：38,000ph/MLaBr3:Ce:CrystalgrowthPHR3.8%@662keVCrystalGrowth&Design,2010,10(10):4433-4436.27穩(wěn)定的一英寸晶體器件，1.5英寸與2英寸晶體加工時開裂/2010LaBr3:Ce:CrystalgrowthPHR3.Timeofrecovery(days)Pre-irrad1234584060Lightoutput(phe/MeV)221618761936187118811875185519281936Relativelightoutput(%)10084.787.484.484.984.683.78787.4晶體在60天內(nèi)，光輸出恢復(fù)到原來的87.4%，從表中看出，恢復(fù)后的光輸出仍然在5%誤差的范圍內(nèi)，幾乎沒有看到明顯的恢復(fù)28LaBr3:Ce閃爍晶體的輻照恢復(fù)

Radiationmeasurement,2014,65:14-17.LaBr3:Ce:Radiationdamage晶體的輻照損傷與劑量率無關(guān)Timeofrecovery(days)Pre-irraRecoveryTime（day）IncreaseofRelativeL.O（%）Drozdowskietal.,2007b(Φ15mm×5mmLaBr3:5%Ce)283%499%Drozdowskietal.,2008b(Φ1″×1″LaBr3:5%Ce)172%Ourresult(11×11×13mm3

LaBr3:3%Ce)603%29實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較LaBr3:Ce:RadiationdamageRecoveryTime（day）IncreaseofR假設(shè)晶體色心的產(chǎn)生和湮滅同時存在，則色心i的湮滅速率為ai，色心的產(chǎn)生速率是bi，則R就是劑量率，其中Di是晶體中色心的濃度。上式還可以寫成以下式子：其中是晶體最初的色心濃度。則是平衡時的色心濃度。30輻照損傷與劑量率的理論基礎(chǔ)LaBr3:Ce:Radiationdamage假設(shè)晶體色心的產(chǎn)生和湮滅同時存在，則色心i的湮滅速率為ai，Dose(rad)102103104105106-raySource60Co137Cs137Cs137Cs137CsDoserate(rad/h)3070007000700028800Time(hour)3.330.1291.28612.85731.2531輻照劑量與輻照劑量率LaBr3:Ce:RadiationdamageDose(rad)102103104105106-ray32輻照沖擊SamplesL.O(p.e./Mev)RelativeL.O