BGO闪烁晶体的辐照损伤及恢复研究进展

闪烁材料——探索科学世界的一扇窗陈向阳;张志军;赵景泰【摘要】对闪烁材料的评价指标、应用领域和发展现状进行了调研,并结合中国闪烁材料研究现状对闪烁材料未来的发展方向和趋势进行了展望.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2015(037)003【总页数】10页(P165-174)【关键词】闪烁材料;应用领域;研究现状;发展方向【作者】陈向阳;张志军;赵景泰【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;中国科学院大学,北京100039;上海大学材料科学与工程学院,上海200444;上海大学材料科学与工程学院,上海200444【正文语种】中文编者按 2015年5月6日，赵景泰教授应我刊编辑部邀请做了题为《闪烁材料的发展与应用》的科普讲座，该讲座由上海市新闻出版专项扶持资金支持。

探索未知的科学世界，一直是无数科研工作者的目标和追求。

面对浩瀚的科学世界，大多数情况下人类都在“黑暗”中慢慢摸索前进，因此在我们矢志不渝地追求科学的脚步时，智慧的科研工作者们也在不断创造自己的“武器”，试图开启未知世界的大门。

闪烁体材料就是一种具有实用价值的武器，可以帮助人类探索、认识和利用肉眼无法识别的射线、高能粒子，它就像一个桥梁，可以将超出人类识别范围的射线、高能粒子等转化成人们可以识别、控制的其他形式的光信号。

本文围绕闪烁体材料的特点、应用领域、研究现状三个方面做广泛的介绍，同时对闪烁体材料的未来发展趋势做简要的阐述，旨在让读者对闪烁体材料有个宏观而且比较全面的认识，了解到闪烁材料与我们的生活是息息相关的，并鼓励更多的青年朋友们加入闪烁体材料的研究之中。

闪烁体是一种能将电离辐射的能量转换成光发射的发光材料，比如在X射线或者γ射线的作用下能够发出脉冲光[1]。

从物质种类上可以将闪烁体材料划分为有机闪烁体和无机闪烁体两大类；从结构特点和物质形态上又可以将前者细分为有机闪烁晶体、液体闪烁体和塑料闪烁体，而后者可以分无机闪烁晶体、闪烁玻璃、闪烁陶瓷、闪烁气体。

锗酸铋晶体缺陷和小面生长
廖晶莹
【期刊名称】《硅酸盐学报》
【年(卷),期】1994(22)6
【摘要】对坩埚下降法生长锗酸铋（ＢＧＯ）闪烁晶体的缺陷进行研究。

除使用通常研究透明晶体的光学方法外，由于ＢＧＯ晶体在受到光辐照损伤时时短波长光具有高的吸收系数，因此还采用近紫外光吸收形貌法研究晶体缺陷，以及缺陷与晶体小面之间的关系，并根据ＢＧＯ晶体的结晶习性和小面形成机理提出了减少和消除晶体小面生长及缺陷的方法。

【总页数】6页(P586-591)
【关键词】光吸收形貌法;锗酸;晶体缺陷;小面生长
【作者】廖晶莹
【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O614.532
【相关文献】
1.锗酸铋(Bi4Ge3O12)中铋(209Bi)核的零场核磁共振研究 [J], 童瑜晔;顾元壮;费伦
2.大尺寸锗酸铋闪烁晶体与暗物质粒子探测 [J], 陈俊锋
3.掺铜锗酸铋晶体的生长及其光折变性能的研究 [J], 刘彩霞;赵桦;陈再来
4.提拉法生长锗酸铋晶体的结晶习性 [J], 廖晶莹;R.C.deBoor;P.Bennema
5.坩埚下降法钨酸铋钠晶体生长及其生长面研究 [J], 史宏声;任国浩;仲维卓
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硅酸镥闪烁晶体的生长与缺陷研究
秦来顺;陆晟;李焕英;史宏声;任国浩
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2004(33)6
【摘要】本文采用提拉法生长出了硅酸镥闪烁晶体 ,讨论了晶体生长中遇到的问题,所生长的硅酸镥晶体有开裂、解理、多晶、回熔现象等宏观生长缺陷和包裹物、位错等微观缺陷。

开裂是由热应力和晶体解理两种因素引起的 ,其中热应力是导致开裂的主要因素 ,优化生长工艺条件可完全避免开裂。

晶体中存在两种包裹物 ,成
份分别为氧化镥和坩埚材料铱 ,氧化镥很可能是未参加反应的原料。

【总页数】5页(P999-1003)
【关键词】闪烁晶体;包裹物;生长缺陷;提拉法;解理;晶体生长;位错;硅酸;氧化;多晶【作者】秦来顺;陆晟;李焕英;史宏声;任国浩
【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O782;TQ453.1
【相关文献】
1.掺铈硅酸镥(Lu2SiO5:Ce)晶体的生长与闪烁性能 [J], 任国浩;王绍华;李焕英;陆
晟
2.硅酸镥闪烁晶体的研究进展与发展方向 [J], 秦来顺;任国浩
3.焦硅酸镥(Lu_2Si_2O_7:Ce)闪烁晶体的生长与发光性能研究(英文) [J], 任国浩;
李焕英;陆晟;丁栋舟;冯鹤;王广东
4.硅酸镥晶体本征缺陷和力学性质的研究 [J], 夏贯芳;刘廷禹;张涵;高肖丽
5.高镥组分LuYAP:Ce闪烁晶体生长及性能研究 [J], 石自彬;岑伟;徐扬;李和新;李德辉;王佳
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第２３卷专辑中国稀土学报２００５年１２月Ｖ０１．２３Ｓｐｅｅ．ＩｓｓｕｅＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＲＡＲＥＥＡＲＴＨＳＯＣＩＥＴＹＤｅｃ．２００５闪烁材料研究进展李喜坤１’孙，邱关明１’３，丘泰１，刘晶２，修稚萌４，孙旭东４（１．南京工业大学，江苏南京２１０００９；２．沈阳理工大学，辽宁沈阳１１０１６８；３．长春理工大学，吉林长春１３００２２；４．东北大学，辽宁沈阳１１０００４）摘要：综述了闪烁材料的研究发展的３个阶段：第一阶段，早期随着伦琴发现Ｘ射线出现了闪烁体ｃａＷＯ。

第二阶段，随着光电倍增管的发展和萘的闪烁现象出现Ｈｏｆｓｔａｄｔｅｒ研制出铊激发Ｎａｌ闪烁体。

第三阶段，随着高能物理上精确量热技术和医学成像高的光输出技术需求闪烁材料进入大复兴阶段。

总结了闪烁体的主要性能：透明性、光输出、发光效率、精细的时间分辨率、探测效率和灵敏度、良好的能量分辨能力、Ｘ射线阻止本领、衰减速度和余辉、辐照损伤、温度效应、材料的可获得性等。

介绍了几种重要闪烁材料：陶瓷闪烁体、玻璃闪烁体和塑料闪烁体等，指出研制高性能闪烁陶瓷材料来逐步取代目前广泛使用的单晶闪烁材料和玻璃闪烁材料是研究闪烁体目前重要的研究方向。

关键词：闪烁体；闪烁性能；闪烁陶瓷；闪烁玻璃中图分类号：ＴＱｌ７４文献标识码：Ａ文章编号：１０００—４３４３（２００５｝一００３７—０９闪烁材料是指能吸收高能粒子或射线发出可见光子的材料。

无机闪烁材料广泛应用于电离辐射探测。

在过去的几十年中，闪烁材料在高能物理热量精确测定和医疗成像领域中增长迅速。

随着锗酸铋（Ｂｉ。

Ｇｅ，Ｏ。

：）闪烁现象的发现，及高密度材料在探测领域的应用，国际上好多研究机构在短短１０年之内致力于锗酸铋特性和应用方面的研究，而且锗酸铋被欧洲粒子物理研究所用作Ｌ３探测器的闪烁材料。

Ｌ３探测器由１１４００根长２２ｃｍ、重超过１０公吨的锗酸铋晶体组成。

今天锗酸铋却不能满足欧洲粒子学会建造ＣＭＳ探测器的需要，取而代之的是８０，０００个２５ｅｍ长的钨酸铅晶体。

三大类探测器比较（闪烁体、半导体、电离室）（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。

因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。

NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。

另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。

它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。

碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。

铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。

碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。

与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。

此外，它不易潮解，也不易氧化。

但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。

碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。

锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。

对0.511MeV γ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。

BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。

在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。

BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。

价格高。

硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。

laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。

智能制造之闪烁晶体产业发展概况作者：王莎莎李楠张欢何涛来源：《中国科技纵横》2018年第15期摘要：闪烁晶体是一种人工合成的、内部阵列有序的物质，在高能射线通过时可以激发出荧光脉冲。

闪烁晶体能探测各种射线，具有密度高、性能稳定等优点，被广泛应用于高能物理、核物理、放射医学、地质勘探、防爆检测、安全检查、国防装备、无损检测等领域，是精准诊疗、智能制造和安检领域的关键材料之一，其产业规模目前仅次于半导体晶体，成为国际先进无机非金属材料产业竞争的前沿。

关键词：闪烁晶体；智能制造；发展概况中图分类号：TL812.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0222-021 前言闪烁晶体在高端医疗行业的快速健康发展可促进全民健康梦更早更好地实现，此外在安检探测和工业CT等方面的应用也是智能制造不可或缺的关键领域，对制造业强国建设具有重要的支撑作用。

在制造业领域，中国制造正向智能制造转变。

本文将综述国内外闪烁晶体产业发展历程、应用领域等情况，针对目前我国存在的挑战和面临的问题，提出促进产业发展的建议与措施。

2 闪烁晶体的发展历程2.1 卤化物闪烁晶体的发展速度超出氧化物闪烁晶体的发展几年前，像BGO、PbWO4和LYSO这样的氧化物闪烁晶体一直是人们的关注重点，自从上世纪末荷兰Delft理工大学发现氯化镧和溴化镧等新兴稀土卤化物晶体的闪烁效应以来，世界上掀起了卤化物研究热潮。

美国劳伦斯伯克利国家实验室又在BaI2的基础上发明了两种新的闪烁晶体Ba2CsI5∶Eu和BaBrI∶Eu，这些新型卤化物晶体尽管性能优良，但都存在一个致命的弱点—易潮解，从而给原料合成、晶体的加工和应用等造成许多障碍。

2.2 从单晶块体材料向多晶、薄膜、阵列和纤维材料的发展闪烁单晶固然性能优良，但存在成本高、各向异性和大尺寸晶体生长比较困难的问题，与之相比，陶瓷和玻璃因具有各向同性、易加工和易于获得大尺寸等优点而成为近几年大家关注的热点。

北京师范大学核科学与技术学院(欧阳晓平院士团队)廖斌课题组荣获中国辐射防护学会科学技术奖一等奖
佚名
【期刊名称】《北京师范大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(58)5
【摘要】2022年8月17一19日,中国辐射防护学会2021/2022年学术年会暨21世纪初辐射防护论坛第十九/二十次会议线上召开.会议对2021年度中国辐射防护学会科学技术奖进行了通报,其中北京师范大学核科学与技术学院(欧阳晓平院士团队)廖斌课题组参与的《基于光子晶体的闪烁探测技术创新》项目荣获科技进步一等奖,该项目以同济大学为第一完成单位,北京师范大学为第二完成单位、西北核技术研究所为第三完成单位.
【总页数】1页(P810-810)
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.时杰课题组荣获2013年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学奖一等奖
2.建工学院高文学教授课题组荣获中国工程爆破协会科学技术一等奖
3.本刊编委黄维院士团队获2019年度中国电子学会科学技术奖自然科学一等奖
4.北京师范大学核科学与技术学院张丰收教授获英国物理学会(IOP)中国高被引用作者奖
5.李灿院士团队“液态太阳燃料合成”技术荣获中国可再生能源学会技术发明一等奖
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常见无机闪烁晶体性能闪烁晶体相对光输出(%)衰减时间(ns)发光波长(nm)折射率@λmax密度(g/cm3)潮解性硬度余辉熔点（℃）NaI(Tl) 碘化钠100 250 415 1.85 3.67 强 20.3-0.5%@6ms651CsI(Tl) 掺铊碘化铯47 1000 550 1.79 4.53 轻微 20.5-5%@6ms621CsI(Na) 掺钠碘化铯85 630 420 1.84 4.51 有 20.5-5%@6ms621纯CsI 纯碘化铯4-6 16000 315 1.95 4.51 轻微 20.5-5%@6ms621BGO 锗酸铋20 300 480 2.3 7.13 无 50.005%@3ms1050L YSO 硅酸钇镥75 41 420 1.81 7.1 无 5.8<0.1%@6ms2050 辐射探测设备及核医学设备常用闪烁晶体如上表所示，主要有CsI系列，NaI（Tl），BGO以及LYSO闪烁晶体。

NaI(Tl)有很高的发光效率，并且在发光波段没有明显的自吸收，对Χ射线和γ射线均有良好的分辨能力。

在所有的闪烁晶体材料中，它是应用最广泛的一种，可用于核医学、石油地质勘探、高能物理、环境监测等领域。

NaI（Tl）晶体的最大的优势在于其相对光输出较高，制成的探头成像较为清晰。

且热稳定性较好，温度适应性较强，相对于CsI和BGO晶体，NaI(Tl)在高温时具有更高的发光强度，这使其在环境温度较高的场合有更强的适应性，例如油井或空间探测。

NaI(Tl)晶体易受辐射损伤，若长时间暴露在高强度的辐照下则会降低其闪烁性能，一般在射线强度高于102rad（rad：拉德，辐射剂量单位）时就会观察到辐射损伤。

所以晶体不要暴露在来自荧光灯或太阳光的紫外线辐照下。

其具有较强的潮解性。

CsI系列闪烁晶体潮解性略优于NaI（Tl）晶体。

CsI(Tl)晶体的光输出可达NaI(Tl)晶体的85%，发光主峰位在550nm，能与硅光电二极管很好地匹配，从而使读出系统大为简化。

闪烁晶体性能测试⽅法及应⽤研究闪烁晶体性能测试⽅法及应⽤研究闪烁晶体⾃问世以来，在⾼能物理、核物理、核医学成像、⽯油测井、地质勘探以及⼯业⽆损检查等领域取得⼴泛应⽤。

为了对⼤型核医学成像设备及核探测仪器中晶体的选⽤提供参考，本⽂研究闪烁晶体的发光衰减时间、光输出强度、能量分辨率和余辉等闪烁特性，并通过原理框图、实验仪器与操作、数据处理以及误差分析详细叙述闪烁晶体的性能测试技术。

基于测试技术测试了锗酸铋BGO、掺铊碘化铯CsI(Tl)、掺铯溴化镧LaBr3: Ce以及硅酸钇镥L YSO四种闪烁晶体的性能，并结合物理特性分析它们在各领域应⽤的优劣势；同时针对⽅形LYSO晶体样品，研究三种不同尺⼨晶体性能的差异。

最后，对性能测试实验中晶体的不同放置⽅式以及对晶体加热来缩短余辉时间展开研究。

关键词：闪烁晶体，测试技术，探测器，光电倍增管第⼀章引⾔本章是全⽂的引⾔部分，主要介绍论⽂的研究背景及意义，简要分析国内外关于闪烁晶体材料和晶体性能测试的研究现状，进⽽提出本论⽂的研究内容，并对论⽂结构安排进⾏说明。

1.1 研究背景及意义闪烁晶体材料因其丰富的特性、优良的性能成为材料科学领域内的⼀⼤研究热点。

相⽐于液体、塑料⾼分⼦以及荧光粉等闪烁材料，⽆机闪烁晶体具有体积⼩、密度⾼、物理特性和闪烁性能优良等显著特点，在核医学、核物理、⼯业CT 以及安全稽查领域取得了⼴泛的发展。

因为不同领域对闪烁晶体材料特性的需求各异，所以对闪烁晶体性能的测试⼯作⽆论在科学研究还是⼯业应⽤中都显得尤为重要。

⽬前，在⾼端核医学领域发展迅猛的正电⼦发射断层扫描技术（Positron Emission Tomography，PET）进⼀步推动了⽆机闪烁晶体的发展，从最初应⽤到PET中的碘化钠NaI(Tl)晶体，到锗酸铋Bi4Ge3O12（BGO）晶体，再到如今性能更加优良的硅酸钇镥Lu2(1-x)Y2xSiO5（LYSO）晶体，新型闪烁晶体在⾏业进步的推动下不断涌现。

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以与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、辐照硬度与密度、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与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，为此闪烁体的密度与有效原子序数应较大。

<2>具有较高的发光效率与较好的能量分辨率。

<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。