閃爍玻璃

1、閃爍玻璃的研究與發(fā)展班級(jí)：11無(wú)機(jī)非金屬1姓名：黃金文學(xué)號(hào)：20110308122摘要：選擇在高能物理領(lǐng)域應(yīng)用的閃爍材料主要基于對(duì)其密度、閃爍性能，輻射硬度及制作成本等因素的綜合考慮?？紤]到新一代量能器所需閃爍體的體積通常有幾十立方米之巨，制作成本更是一個(gè)不容忽視的重要因素。近10年來(lái)，雖然一些閃爍晶體，如CeF3單晶，PbWO4單晶，摻雜鈦酸鋇型XALO3晶體（X=Y，Lu，YLu）相繼在高能物理和地球探測(cè)等領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用，但卻因制

2、作成本高，大批量和大尺寸生產(chǎn)難度大，使其應(yīng)用在很大程度上受到限制。則由于制備過(guò)程的簡(jiǎn)單，尤其是傳統(tǒng)成型技術(shù)，如模壓、熱壓和擠壓技術(shù)的應(yīng)用，顯著降低了大型閃爍體的制備成本。關(guān)鍵詞：閃爍晶體、閃爍材料、摻雜、閃爍玻璃Abstract:ioninthefieldofhighenergyphysicsapplicationofscintillationmaterialsmainlybasedontheperfmanceofitsdensityf

3、lickerradiationhardnessproductioncostfactssuchascomprehensiveconsideration.Consideringtheamounttoanewgenerationofthescintillatgiantthereareusuallydozensofcubicmetersofvolumeproductioncostisoneofthemostimptantfactsthatnot

4、sallowtoigne.Inrecent10yearsalthoughsomescintillationcrystalssuchasCeF3singlecrystalPbWO4singlecrystaldopedbariumtitanatetypeXALO3crystal(X=YLuYLu)havebeensucceedindetectioninthefieldsofhighenergyphysicsearthapplications

5、butbecauseofthehighproductioncostmassproductionlargesizeisdifficultmakeitsapplicationisrestrictedtoagreatextent.Scintillationglassisduetothesimplepreparationespeciallythetraditionalfmingtechnologysuchasmoldhotpressingthe

6、applicationofextrusiontechnologysignificantlyreducingthecostsofthepreparationoflargescintillat。1、閃爍晶體材料的研究進(jìn)展根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同對(duì)閃爍體的要求也不盡相同第10期趙景泰等:閃爍晶體材料的研究進(jìn)展但一般情況下閃爍晶體應(yīng)具備下列特性:密度較大對(duì)帶電粒子阻止本領(lǐng)大對(duì)射線有很高的吸收系數(shù)、發(fā)光效率高、發(fā)光強(qiáng)度與入射線的能量有良好的線性關(guān)系、熒

7、光衰減快、光學(xué)均勻性好以及對(duì)產(chǎn)生的熒光透明性好等在中子探測(cè)中還要求含有對(duì)中子敏感的元素等。常用的閃爍晶體有:碘化鈉(NaIBTl)碘化銫(CsIBTl)氟化鋇(BaF2)鍺酸鉍(Bi4Ge3O12)鎢酸鉛(PbWO4)鋁酸釔(YAlO3BCe)等。表1列出了部分閃爍晶體及其主要性能參數(shù)。隨著分子醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、高能物理工程以及各種極端條件下射線探測(cè)技術(shù)的發(fā)展尋找和研究具有高阻擋射線本領(lǐng)、高發(fā)光效率、高分辨率、高發(fā)與發(fā)射光譜以氙燈為激發(fā)源激

8、發(fā)、發(fā)射狹縫分別為8nm和12nm波長(zhǎng)精度為0.1nm。2.22實(shí)驗(yàn)結(jié)論在所有的La系離子中只有Ce3、Pr3和Nd3的發(fā)射在5d~4f間電偶允許躍遷進(jìn)行發(fā)射時(shí)間較短(納秒量級(jí))。在這3種離子中5d~4f之間能級(jí)差最小的是Ce3Ce3的發(fā)射波長(zhǎng)大于300nm。能級(jí)差越小能量越能有效傳遞給摻雜離子。另外波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)具有與光吸收器靈敏波長(zhǎng)相匹配的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于Ce3在大多數(shù)基質(zhì)中S25ns這在快速閃爍所要求的范圍內(nèi)。因此大多數(shù)閃爍體的研究主要集中

9、在Ce3上。當(dāng)Ce3摻入基質(zhì)時(shí)電子云會(huì)擴(kuò)張。另外還有配位場(chǎng)所引起的能級(jí)分裂。4f態(tài)被屏蔽較好分裂程度小(2F52和2F72)反之在5d態(tài)的電子與配位場(chǎng)的相互作用強(qiáng)。在具有低對(duì)稱性的配位場(chǎng)中5d分裂成5個(gè)亞能級(jí)5d能級(jí)移向4f能級(jí)發(fā)光在最低的5d態(tài)和2個(gè)4f亞能級(jí)之間進(jìn)行。低對(duì)稱性的配位場(chǎng)中能級(jí)分裂較大因此5d~4f能級(jí)差小。實(shí)驗(yàn)表明Ce3在氧化物中能級(jí)差小于鹵化物因此從發(fā)射波長(zhǎng)與光吸收器匹配方面考慮氧化物玻璃較好[10]。2.3摻雜有機(jī)

10、激活劑的閃爍玻璃有機(jī)閃爍體的光輸出很高閃爍速度極快(衰減時(shí)間為1~2ns甚至更低)但密度卻很低(只有1gcm3左右)無(wú)機(jī)閃爍玻璃具有高的密度和好的抗輻照性能但其光輸出較低閃爍速度也不如有機(jī)閃爍體快。126綜合評(píng)述硅酸鹽通報(bào)第25卷在閃爍玻璃的研究中人們僅研究摻雜無(wú)機(jī)激活劑(Ce3)的閃爍玻璃制出的閃爍玻璃的光輸出都不高。如果將有機(jī)閃爍體和無(wú)機(jī)閃爍玻璃的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)將有可能制備出具有較高密度的快速閃爍玻璃。Zhao等[15]在1999年研

11、制出了在鉛錫氟磷酸鹽玻璃中摻雜一些有機(jī)激活劑的雜化閃爍玻璃。閃爍時(shí)間都很快但閃爍光輸出較弱。他們認(rèn)為減少玻璃在熔制過(guò)程中的缺陷提高玻璃的透光性提高有機(jī)物在玻璃中的濃度和溶解度是提高閃爍玻璃光輸出的關(guān)鍵。顧牡等[16]在2005年制出了閃爍性能良好的有機(jī)摻雜鉛錫氟磷酸鹽閃爍玻璃該閃爍玻璃在C射線激發(fā)下相對(duì)光輸出約為塑料閃爍體的0.9%衰減時(shí)間達(dá)到了0.48ns。Britvich等[17]在2002年研究了新的聚苯乙烯基玻璃閃爍體取得了比較

12、好的閃爍性能。以上研究結(jié)果表明將有機(jī)激活劑引入無(wú)機(jī)玻璃中制備雜化閃爍材料是可行的有機(jī)無(wú)機(jī)閃爍玻璃的探索有可能為閃爍材料的研究開(kāi)辟嶄新的領(lǐng)域。3閃爍玻璃的發(fā)展方向閃爍玻璃具有成本低廉易于實(shí)現(xiàn)大批量、大尺寸生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)是一種非常有潛力的閃爍材料。但是目前閃爍玻璃的研究仍處于探索階段。各種高密度、耐輻照性能優(yōu)異以及衰減時(shí)間快速的閃爍玻璃都有了許多相關(guān)的報(bào)導(dǎo)但考慮閃爍體的綜合性能還不盡如人意尤其是在光產(chǎn)額方面還有待進(jìn)一步加強(qiáng)?？梢哉f(shuō)傳統(tǒng)的稀土摻雜