晶体、闪烁体介绍及供应

闪烁晶体的相关资料整理1. What早期研制的PET 的晶体材料为NaI（碘化钠）；80 年代初期，BGO（锗酸铋）与GSO（硅酸钆）２种晶体被用作PET探测晶体!从1980 年#2000 年，BGO 是主要的PET 晶体材料之一，而NaI 与GSO 在PET 中应用相对较少!1990年，LSO（硅酸镥）晶体的研究引起人们很大关注，LSO 晶体短的余辉时间允许窄的符合时间窗（8ns），因而随机计数显著减少，同时其高能量分辨（大约12％FWHM）可降低图像的散射，LSO 晶体以其明显优于NaI 和BGO 的性能得到逐步应用，这种新型探测器材料对PET 的发展具有重要贡献! [1]闪烁体是一种吸收电离辐射（如X或γ射线）并转变吸收能量的一部分为可见光或紫外线光的材料。

这个转变过程发生的时间范围为几个ns到几个μs, 而产生一个短光子脉冲, 光脉冲与闪烁材料发生作用的每一个X和γ射线相对应。

这种光脉冲, 其强度通常和沉积在闪烁体上的能成比例, 被光电倍增管(PMT)探侧到并转化为电信号。

闪烁体可以是液体或固体, 有机体或无机体, 也可以是晶体或非晶体。

有机液体和塑料闪烁体经常被用来探测β粒子和中子。

为了探测X和γ射线(如用在PET中的511keVγ射线), 常采用无机单晶闪烁体, 因为它有高的密度和原子序数, 导致更高的探测效率。

一般的闪烁体是一块透明单晶, 它的禁带和导带由5eV以上的能带隔开。

一个理想的晶体, 没有缺陷, 或者说没有杂质, 在这个带沟里应该没有能级。

然而, 大多数闪烁体掺有一种活性离子, 而这种活性离子提供了在禁带范围内的能级。

γ射线能量被大多数晶体吸收后,能量中的一小部分停留在活性离子上。

活性离子的退激导致闪烁光子的发射, 典型的能量通常在4eV左右, 对应可见蓝光。

在PET的初期, 探测器由掺有铭的碘化钠单晶体(NaI(TI))构成, 单个晶体与PMT 耦合。

随着锗酸秘(BGO)的发现, 大多设计者因它探测γ射线的高效率而转向这种材料。

无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介一无机闪烁晶体1 闪烁晶体与辐射探测X射线、CT、核医学放射性核素成像、环境辐射监测、高能射线探测，其原理都是利用光子流作为射线源，射线穿透人体或物质，再从人体或物质中发射出来或射线直接被探测器接收而形成影像。

所以探测器系统对射线的接收程度就成为关键的因素之一，常用的技术有：气体电离室探测、半导体材料探测、闪烁晶体探测等。

而闪烁晶体因其固有的吸收射线辐射发光的特性就成为测量射线能量和强度的良好材料。

无机闪烁晶体主要应用领域有高能物理、核物理、核医学（如XCT、PET以及g相机）、工业应用（工业CT）、地质勘探、石油测井等。

闪烁晶体在射线的激发下能发出位于可见光波段的光波，不同的闪烁体最大闪烁发射波长、光产额、闪烁衰减时间、辐射长度、辐照硬度及密度、熔点、硬度、吸潮性等物理性质都有所不同。

现实中没有任何一种闪烁体能满足全部使用要求，每种闪烁晶体都有各自的优缺点，使用中需根据具体要求及应用领域选择不同的材料。

一般来说无机闪烁晶体用于辐射探测时基本应具备以下几个条件：<1>对探测粒子有较大的阻止本领，使入射粒子在晶体中的损耗量较大，为此闪烁体的密度及有效原子序数应较大。

<2>具有较高的发光效率及较好的能量分辨率。

<3>在自身发光波段内无吸收，即有较高的透过率。

<4>较短的发光衰减时间（时间分辨好）。

<5>发射光与光探测元件光谱响应相匹配。

<6>较大的辐照硬度（抗辐射损伤）。

<7>较好的热稳定性（发光效率受温度影响小）。

<8>易于加工成各种形状和尺寸。

<9>较好的化学稳定性（不吸潮）。

现已开发的无机闪烁体如下：NaI(Tl) .CsI. CsI(Na) .CsI(Tl) .LiF(Eu) .CaF2(Eu) .CdF2、BaF2.CeF3 .BGO(Bi3Ge4O12) .ZWO(ZnWO4) .CWO(CdWO)4 .PWO(PbWO4) .GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce) .LAP:Ce(LaAlO3:Ce) .YAP:Ce（Y AlO3:Ce）.LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。

附录一NaI(Tl)闪烁晶体闪烁体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等；另一类是有机闪烁体，它们都是苯环碳氢化合物。

闪烁体的发光机制比较复杂，在此对无机晶体闪烁体的发光机制作一些简要的定性介绍。

无机晶体闪烁体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。

其中最低能量状态已为电子所填满，故称为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。

若价带未填满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激发到更高的能带——导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带上有一电子，即产生了一个自由电子——空穴对。

价带与导带之间的空隙中不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度E g，它和晶体的导电性质密切相关，导体在左右，半导体在—之间，无机闪烁体为绝缘透明物质，E g>3eV，NaI为。

也存在另一种情况：在闪烁晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着，称为“激子”，它们在晶格中一起运动，在外电场中无净电流产生，其能带在导带之下，称为“激带”。

自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子，激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。

当核辐射进入闪烁体时，既可产生自由电子——空穴对，也可以产生激子。

而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程——非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。

有一点需要指出，纯的NaI晶体不是有效的闪烁体。

一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光范围，不是可见光；二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被晶体自身吸收。

为了解决这一问题，在纯晶体中掺入少量杂质原子(如Tl)，称为“激活剂”，它们成为发光中心，形成一套激发能级，能量比导带低，而基态却比价带高，这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度E g小，那么它就不可能再使价带上的电子激发到导带上去，从而避免自吸收。

闪烁晶体材料的研究进展一、本文概述随着科技的飞速发展和人类对物质世界认识的深入，闪烁晶体材料作为一种独特的功能材料，其在诸多领域的应用潜力逐渐显现。

闪烁晶体材料，因其具有将高能辐射转化为可见光的能力，被广泛应用于核物理、高能物理、医学成像、安全检查等领域。

本文旨在全面综述近年来闪烁晶体材料的研究进展，包括其制备技术、性能优化、应用领域等方面的最新成果和发展趋势。

通过对这些内容的梳理和分析，期望能够为相关领域的科研工作者和从业人员提供有价值的参考信息，推动闪烁晶体材料的研究和应用取得更大的突破。

二、闪烁晶体材料的基本性质闪烁晶体材料是一类具有独特光学性质的材料，它们能够在高能粒子的作用下发出闪烁光。

这种闪烁光可以被光电倍增管等光电探测器所接收，从而实现对高能粒子的探测和成像。

闪烁晶体材料的基本性质主要包括以下几个方面：高发光效率：闪烁晶体在高能粒子作用下，能够将吸收的能量高效地转化为可见光，这是闪烁晶体作为探测器材料的基础。

发光效率的高低直接决定了探测器的灵敏度和成像质量。

快速响应：闪烁晶体应具有快速的发光响应速度，以便在高能粒子通过后能够迅速发出闪烁光。

这对于实现高速、高分辨率的粒子探测至关重要。

高辐射硬度：由于闪烁晶体在工作过程中需要承受大量的高能粒子轰击，因此要求其具有高的辐射硬度，即能够在长时间、高强度的辐射环境下保持稳定的性能。

良好的光学性能：闪烁晶体应具有高的透光性，以便让尽可能多的闪烁光从晶体中逸出并被探测器接收。

同时，晶体还应具有均匀的折射率，以避免光在传播过程中出现折射和散射。

易于加工和封装：为了满足实际应用的需求，闪烁晶体材料应易于加工成各种形状和尺寸，并能够方便地与其他光学元件和探测器集成。

晶体还应具有良好的化学稳定性和热稳定性，以确保在封装和使用过程中不会发生性能退化。

闪烁晶体材料的基本性质涵盖了发光效率、响应速度、辐射硬度、光学性能以及加工和封装等方面。

这些性质共同决定了闪烁晶体在粒子探测和成像领域的应用潜力。

闪烁晶体原理
闪烁晶体是一种具有闪烁特性的材料，其闪烁原理可通过下述过程来解释。

从能级角度来看，闪烁晶体的原子或分子通常存在于一个较低的基态能级。

当闪烁晶体受到外部激发能量（例如光或射线能量）的作用时，一些原子或分子中的电子会吸收能量，跃迁到一个较高的激发态能级。

在电子处于激发态时，它们具有更高的能量。

然而，这种能量是不稳定的，电子会迅速返回到较低的基态能级。

在此过程中，电子释放出多余的能量，该能量以光的形式散发出去，形成可见光谱中的光子。

这些散发出的光子会导致闪烁晶体发光。

发光的颜色和强度取决于晶体的材料以及激发能量的大小。

当激发能量达到一定的阈值时，闪烁晶体会发出明亮的闪烁光。

总体而言，闪烁晶体原理可以概括为：外部激发能量使原子或分子电子跃迁到激发态能级，然后电子迅速返回到基态能级并释放出多余能量，形成可见光谱中的光子，最终导致晶体发光闪烁的现象。

附录一NaI(Tl)闪烁晶体闪烁体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等；另一类是有机闪烁体，它们都是苯环碳氢化合物。

闪烁体的发光机制比较复杂，在此对无机晶体闪烁体的发光机制作一些简要的定性介绍。

无机晶体闪烁体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。

其中最低能量状态已为电子所填满，故称为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。

若价带未填满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激发到更高的能带——导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带上有一电子，即产生了一个自由电子——空穴对。

价带与导带之间的空隙中不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度E g，它和晶体的导电性质密切相关，导体在0.1eV左右，半导体在0.63—2.5eV之间，无机闪烁体为绝缘透明物质，E g>3eV，NaI为7.0eV。

也存在另一种情况：在闪烁晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着，称为“激子”，它们在晶格中一起运动，在外电场中无净电流产生，其能带在导带之下，称为“激带”。

自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子，激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。

当核辐射进入闪烁体时，既可产生自由电子——空穴对，也可以产生激子。

而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程——非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。

有一点需要指出，纯的NaI晶体不是有效的闪烁体。

一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光范围，不是可见光；二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被晶体自身吸收。

为了解决这一问题，在纯晶体中掺入少量杂质原子(如Tl)，称为“激活剂”，它们成为发光中心，形成一套激发能级，能量比导带低，而基态却比价带高，这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度E g小，那么它就不可能再使价带上的电子激发到导带上去，从而避免自吸收。

锗酸铋闪烁晶体
锗酸铋（BGO）是一种无色透明的闪烁晶体材料，化学式为Bi4Ge3O12。

它具有立方晶系的结构，并且不溶于水。

在高能粒子或高能射线（如x射线、γ射线）的激发下，BGO能够发出峰值为480nm的绿色荧光。

这种晶体材料具有许多优点，包括抗辐射能力强、闪烁效率高、能量分辨率高和非潮解性等。

BGO作为一种闪烁晶体，在物理学、材料科学以及核医学等领域具有广泛的应用。

特别是在高能物理实验中，BGO被用作探测器材料，以记录入射粒子或射线的能量和位置信息。

此外，BGO还曾被用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验中。

请注意，虽然BGO具有许多优点，但在实际应用中仍需考虑其成本、制备工艺以及与其他材料的兼容性等因素。

因此，在选择闪烁晶体材料时，需要综合考虑各种因素以满足具体的应用需求。

中子闪烁体材料中子闪烁体是一种能检测和测量中子的材料。

它利用中子与材料中的原子核发生核反应时释放出的能量激发闪烁效应，进而产生光信号。

中子闪烁体在核物理、核能、辐射测量以及核医学等领域中具有重要的应用。

中子闪烁体材料的选择很关键，它需要满足以下几个要求：高中子捕获截面、高反应效率、良好的闪烁性能、稳定的性能和较长的使用寿命。

通常情况下，中子闪烁体材料可以分为无机和有机两大类。

无机中子闪烁体材料主要包括：铁锂辉石（LiCaAlF6）、密度改性的液体闪烁体、溴化铯（CsBr）、溴化钾（KBr）等。

铁锂辉石是一种热释光红外读出型的中子闪烁体材料，其具有良好的抗辐照性能、高闪烁效率和较长的寿命。

密度改性的液体闪烁体是一种基于含有同位素的有机溶液，其具有较高的闪烁效率和较短的响应时间。

溴化铯和溴化钾则是无机晶体材料，具有高中子捕获截面和较高的反应效率。

有机中子闪烁体材料主要包括：液体闪烁体、塑料闪烁体和聚合物闪烁体等。

液体闪烁体是由有机溶剂加入荧光染料和增塑剂组成的，其中最常用的是芳香烃和氯化芳香烃。

液体闪烁体具有良好的能量转移效率和较高的闪烁效率。

塑料闪烁体主要是指聚苯乙烯（PS）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等塑料材料，其具有较高的闪烁效率和较长的使用寿命。

聚合物闪烁体是一种由有机分子构成的材料，如聚苯胺（PANI）、聚氨酯（PU）等。

中子闪烁体材料的性能与其组分、结构有关。

一方面，组分的选择可以通过调控材料的能带结构和电子状态来改变中子与材料之间的相互作用，进而影响到材料的中子捕获截面和光输出性能。

另一方面，材料的结构也会影响闪烁效果，如晶型、晶格缺陷等都会对闪烁性能产生影响。

目前，中子闪烁体材料的研究与开发主要集中在提高闪烁效率、提高稳定性和减小响应时间上。

研究人员通过调控材料的组分和结构，寻找更具优异性能的中子闪烁体材料。

此外，也可以利用通过改变材料的形态和尺寸，如晶体形态和纳米结构等，来进一步优化其性能。

核医学诊断仪器及所用闪烁晶体简介核医学诊断仪器及所用闪烁晶体简介一核医学与核医疗诊断仪器1 核医学核医学，又称原子（核）医学，它是应用放射性同位素及其射线穿透人体或从人体中发射出来，再通过射线接收器件（探头等）形成影像来诊断、治疗和研究疾病的科学。

核医学虽只有五十多年发展史，但发展迅速、贡献非凡、是医学现代化的主要标志之一。

诊断方法按放射性核素标记药物是否引入人体内，分为体内检查法和体外检查法，前者按是否成像又分为显像和非显像两类方法。

而对放射线核素的探测，闪烁晶体显示出巨大的优越性。

利用闪烁晶体吸收辐射后闪光的特性，可探测辐射的能量和强度，并能通过电子设备显示成图象。

所以闪烁晶体和辐射探测一直就是相互结合的伴侣，应用在医学上是核技术、医学、材料学相结合的一门综合性边缘学科，称之为核医学成像技术。

放射性核素在诊断上应用的基本原理是示踪（放射性核素药物-示踪剂）原理，检查法的诊断原理和特点简述如下。

1.1 体外检查法的诊断原理和特点（放射性核素药物不引入人体内）体外检查法是以放射免疫分析（RIA）为代表的体外放射配体结合分析法。

其原理是：以放射性核素标记的抗原为示踪剂，以非标记抗原（标准抗原或被测抗原）为检测对象，共同与限量的特异性抗体进行竞争性免疫结合反应。

这类分析技术具有灵敏度高、特异性强、精密度和准确度高以及应用广泛等特点。

迄今可用本技术测定的体内微量生物活性物质，如激素、蛋白质、抗体、维生素、药物等可达300多种。

1.2 体内检查法的诊断原理和特点（放射性核素药物引入人体内）引入体内的放射性核素标记药物（示踪剂），或被某一脏器的某种细胞摄取、浓聚，或经由某一脏器清除、排出，或参予某一代谢过程，或仅简单地在某一生物区积存等等。

如ＰＥＴ，由于示踪剂能在人体内参与体内的生理代谢过程，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子穿透器官组织，再用放射性探测器可在体表定量探测到放射性药物在体内的吸收、分布和排出等代谢过程，然后通过计算机、显示器等，可将人体的生理、病理变化过程定量或定位以显像方式显示，从而对脏器的功能状态或形态变化作出诊断。