閃爍玻璃

1、閃爍玻璃的研究與發(fā)展班級：11無機非金屬1姓名：黃金文學號：20110308122摘要：選擇在高能物理領域應用的閃爍材料主要基于對其密度、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，制作成本更是一個不容忽視的重要因素。近10年來，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等領域獲得成功應用，但卻因制

2、作成本高，大批量和大尺寸生產(chǎn)難度大，使其應用在很大程度上受到限制。則由于制備過程的簡單，尤其是傳統(tǒng)成型技術，如模壓、熱壓和擠壓技術的應用，顯著降低了大型閃爍體的制備成本。關鍵詞：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展根據(jù)應用領域的不同對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展但一般情況下閃爍晶體應具備下列特性:密度較大對帶電粒子阻止本領大對射線有很高的吸收系數(shù)、發(fā)光效率高、發(fā)光強度與入射線的能量有良好的線性關系、熒

7、光衰減快、光學均勻性好以及對產(chǎn)生的熒光透明性好等在中子探測中還要求含有對中子敏感的元素等。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)學成像技術、高能物理工程以及各種極端條件下射線探測技術的發(fā)展尋找和研究具有高阻擋射線本領、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波長精度為0.1nm。2.22實驗結論在所有的La系離子中只有Ce3、Pr3和Nd3的發(fā)射在5d~4f間電偶允許躍遷進行發(fā)射時間較短(納秒量級)。在這3種離子中5d~4f之間能級差最小的是Ce3Ce3的發(fā)射波長大于300nm。能級差越小能量越能有效傳遞給摻雜離子。另外波長較長時具有與光吸收器靈敏波長相匹配的優(yōu)點。對于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Ce3摻入基質(zhì)時電子云會擴張。另外還有配位場所引起的能級分裂。4f態(tài)被屏蔽較好分裂程度小(2F52和2F72)反之在5d態(tài)的電子與配位場的相互作用強。在具有低對稱性的配位場中5d分裂成5個亞能級5d能級移向4f能級發(fā)光在最低的5d態(tài)和2個4f亞能級之間進行。低對稱性的配位場中能級分裂較大因此5d~4f能級差小。實驗表明Ce3在氧化物中能級差小于鹵化物因此從發(fā)射波長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

10、激活劑的閃爍玻璃有機閃爍體的光輸出很高閃爍速度極快(衰減時間為1~2ns甚至更低)但密度卻很低(只有1gcm3左右)無機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閃爍體快。126綜合評述硅酸鹽通報第25卷在閃爍玻璃的研究中人們僅研究摻雜無機激活劑(Ce3)的閃爍玻璃制出的閃爍玻璃的光輸出都不高。如果將有機閃爍體和無機閃爍玻璃的優(yōu)點結合起來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激活劑的雜化閃爍玻璃。閃爍時間都很快但閃爍光輸出較弱。他們認為減少玻璃在熔制過程中的缺陷提高玻璃的透光性提高有機物在玻璃中的濃度和溶解度是提高閃爍玻璃光輸出的關鍵。顧牡等[16]在2005年制出了閃爍性能良好的有機摻雜鉛錫氟磷酸鹽閃爍玻璃該閃爍玻璃在C射線激發(fā)下相對光輸出約為塑料閃爍體的0.9%衰減時間達到了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。以上研究結果表明將有機激活劑引入無機玻璃中制備雜化閃爍材料是可行的有機無機閃爍玻璃的探索有可能為閃爍材料的研究開辟嶄新的領域。3閃爍玻璃的發(fā)展方向閃爍玻璃具有成本低廉易于實現(xiàn)大批量、大尺寸生產(chǎn)等優(yōu)點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)異以及衰減時間快速的閃爍玻璃都有了許多相關的報導但考慮閃爍體的綜合性能還不盡如人意尤其是在光產(chǎn)額方面還有待進一步加強?？梢哉f傳統(tǒng)的稀土摻雜