闪烁晶体

在X射线等高能粒子的撞击下，能将高能粒子的动能转变为光能而发出闪光的晶体

闪烁晶体是指在X射线等高能粒子的撞击下，能将高能粒子的动能转变为光能而发出闪光的晶体。

概念定义

闪烁晶体是指高能粒子的撞击下，能将高能粒子的动能转变为光能而发出闪光的晶体。

X射线可以用来进行医疗诊断、工业探伤和物质分析等，但人们是看不见X射线的，可是当它照射到一个荧光屏上就会发出荧光来，这样医生就看到了X射线透视人体的情况，同样质量检验员就可了解到被检物体内部质量有没有问题，这个荧光屏就起到了把人眼看不见的X光转变成看得见的光线的作用。这些能在X射线照射下激发出荧光来的材料叫做闪烁材料，当然闪烁材料除了在X射线照射下会发出荧光外，其他像放射性同位素蜕变产生的高能射线如α射线、β射线照射它时也会发出荧光来。

人们利用闪烁材料的这种特性做成了测量各种射线的探测器，即当高能射线照射到探测器上后，闪烁材料便发出荧光，射线愈强，发出的荧光愈强，这荧光被光电转换

通常应用的闪烁晶体材料都是用人工方法培育出来的，种类也很多，从化学成分来讲有氧化物、卤化物（包括碘化物、氟化物）等。

应用领域

闪烁晶体可用于x射线、γ射线、中子及其他高能粒子的探测，以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用。

高能物理

由于高能物理实验的前沿之一将是研究更高能量（～TeV级甚至更高）的辐射，装置很大，需要晶体数量很多，因而要求闪烁晶体不仅具有高密度（≥7g/cm）、快衰减（15～50ns）和高抗辐照（～1TeV）等特性外，而且价格低廉。对光产额要求，相对较低。对这类闪烁晶体的研究和开发难度很大，特别具有挑战性。主要的任务有：

（1）研制新的高密度、快衰减闪烁晶体有两条途径。其一是，寻找新的高密度且适于Ce掺入的较低熔点（如<1300℃）的单晶基质材料，如含稀土的钨酸盐类；其二是，根据交叉发光机理（Cross Luminesecence），寻找新的低芯带材料，可从高密度氟化物中筛选。

（2）对高密度的Cherenkov晶体材料进行改性，使其成为闪烁晶体，如PbF2、NaBi（WO4）2等晶体。

（3）优化已发现的掺Ce高密度晶体的性能，从文献报道来看，有价值的材料主要集中在掺Ce的稀土硅（铝）酸盐，如GSO:Ce、LuAP:Ce、LSO:Ce以及Lux（RE）1-xAP:Ce等。

（4）设法降低高熔点全稀土闪烁晶体的生长成本，如改进生长工艺参数提高单产量和合格率，进行技术革新降低生产成本。

核医学成像

核医学成像领域需要质量更高、成本更低的闪烁晶体。如正电子发射型计算机断层显像（PET）首选的闪烁晶体—Bi4Ge3O12（BGO）昂贵的价格是使PET的价格（上百万美元）高居不下的因素之一。同时，为进一步提高空间分辨率，有必要提高BGO晶体的光学质量，消除当中的微小散射颗粒。

工业CT

进一步提高批量生产的CdWO4晶体的宏观完整性，解决个体间性能差异较大的问题。对于高光产额且不易开裂的闪烁晶体，如CsI:Tl晶体，则需要开发大截面（>15×15cm）且具有较好均匀性的晶体，用于制作大平面CT或CCD相机。

研究现状

同国外相比，中国闪烁晶体从业的科研人员较少。闪烁晶体方面的人才培养单位只有上海硅酸盐所等个别单位，而且晶体生长和性能研究方面结合得还不够紧密。另外，自主开发的新型闪烁晶体较少，特别是在高熔点、高性能的闪烁晶体的研制方面还十分薄弱。在闪烁晶体的产业化运作方面，尚存许多问题，与俄罗斯的BTCP相比，市场竞争能力还相对较弱。

就应用而言，中国闪烁晶体探测器件的制造单位还大多采用NaI:Tl或CsI:Tl等少数几种晶体，性能更为优的闪烁晶体使用较少，甚至尚未使用用闪烁晶体。在工业CT和PET制造方面，中国尚处于试制阶段。不过，中国在闪烁探测器和整机的制造方面，正在加强开发力度。

中国将借助天宫二号的晶体生长平台，开展CsI晶体空间晶体生长实验，重点研究微重力与晶体组分分凝的关系。探索空间微重力条件下固熔体晶体的组分分凝的特点，研究掺杂CsI晶体中掺杂离子分布均匀性与微重力条件的关系。

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