坩埚下降法生长的大尺寸BaF_(2)∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF_(2)∶5%Y(摩尔分数)晶体,并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0~300 mm范围内的Y3+掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经60Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后,样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF_(2)∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF_(2)晶体,经过累积剂量辐照后,BaF_(2)∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。

中子/伽马双探测用稀土卤化物闪烁晶体的研究进展

近年来,随着对稀土卤化物闪烁晶体研究的不断深入,该类材料的许多优异性能被不断发现,尤其是备受关注的中子/伽马射线双探测性能。化学组成为A_(2)LiRX_(6)∶Ce(A、R、X分别代表+1价金属元素、稀土元素、卤族元素)的掺铈锂基钾冰晶石型闪烁晶体和化学组成为LiM_(2)X_(5)∶Eu(M、X分别代表+2价金属元素、卤族元素)的掺铕锂基碱土卤化物,因可同时探测中子和伽马射线,且大都具有较高的光输出、较优异的能量分辨率等特性,被认为是非常实用且具有潜力的双探测材料。目前,掺铈锂基钾冰晶石型闪烁晶体中最具代表性的Cs_(2)LiYCl_(6)∶Ce(CLYC)已被广泛研究并产品化,而有望替代CLYC等钾冰晶石型晶体的掺铕锂基碱土卤化物研究报道甚少。本文主要对上述两类双模式探测用材料的研究进展进行简要综述,以期对相关领域的研究学者有所启发。

Cs_(2)LiYCl_(6)∶Ce晶体的n/γ双探测闪烁性能研究

Cs_(2)LiYCl_(6)∶Ce(CLYC)晶体是一种具有n/γ双探测能力的新型闪烁晶体。采用坩埚垂直下降法生长出富^(6)Li的CLYC晶体毛坯,经加工、封装得到Φ50 mm×50 mm的CLYC闪烁晶体封装件,其对^(137)Cs 662 keVγ射线的能量分辨率为4.22%;测量^(252)Cf中子源的脉冲波形甄别(PSD)品质因子(FOM)为3.45。凭借其优异的性能,CLYC闪烁晶体有望在中子探测领域替代3He正比计数管,并可作为n/γ双探测的优选材料,应用于中子辐射探测器、放射性同位素识别仪、个人辐射剂量仪,以及其他中子、伽马射线的探测。

低放射性本底LaCl_(3)∶Ce晶体闪烁性能

使用锕系同位素含量低的原料制备了具有低放射性本底的10%Ce^(3+)掺杂氯化镧(LaCl_(3)∶Ce)样品。在制备的LaCl_(3)∶Ce晶体中,天然锕系放射性同位素的放射性本底约为0.713 counts·s^(–1)·cm^(–3)。对于662 keVγ射线,LaCl_(3)∶Ce晶体的能量分辨率(FWHM)为3.3%。此外,与相同尺寸Ø25 mm×50 mm的NaI∶Tl晶体相比,LaCl_(3)∶Ce晶体的峰谷比、相对光输出和峰值计数率分别为2.61倍、87.88%和1.96倍,并对晶体尺寸对LaCl_(3)∶Ce晶体的闪烁性能的影响进行了讨论。

一种新型溴化铈闪烁体探测器性能研究

闪烁探测器在射线能量与时间的探测中发挥着重要作用。针对国产新型溴化铈(CeBr_3)闪烁晶体,本文建立实验系统和方法对其关键性能指标进行了测试,具体包括:建立了快符合时间分辨系统测量装置,测试得到新型闪烁探测器对于^(60)Co源的时间分辨率为142ps;建立了单光子计数法测量装置,测试得到溴化铈晶体的衰减时间为16.8ns,上升时间为0.18ns;建立了相对光输出测量装置,测试得到其相对于同规格NaI(Tl)闪烁体探测器对于661.66keV射线的光输出为161%;同时针对其能量响应性能进行了测试,测得对于661.66keV射线其能量分辨率为4.7%。将国产新型溴化铈闪烁晶体的性能测试结果与国际上同类晶体以及氟化钡、溴化镧、碘化钠等常用无机闪烁体的性能进行了比较,对其应用前景进行了探讨。

Y^(3+)/Li^(+)和Y^(3+)/Na^(+)双掺杂氟化钡快响应闪烁晶体

氟化钡(BaF_(2))晶体是已知响应最快的闪烁晶体,在高能物理、核物理及核医学等领域有着广泛的应用前景。抑制BaF_(2)晶体的慢发光成分对其工程应用至关重要。本文利用坩埚下降法制备了高Y^(3+)掺杂浓度5%、8%、10%(摩尔分数)的BaF_(2)晶体,并采用Y^(3+)与碱金属离子(Li^(+)、Na^(+))共掺杂的方法形成电荷补偿阻止间隙F-的产生,制备了双掺杂型BaF_(2)快响应闪烁晶体,进而基于优化的5 ns和2500 ns时间门宽测试方法,研究了Y^(3+)掺杂浓度以及Y^(3+)与碱金属离子(Li^(+)、Na^(+))共掺杂浓度对BaF_(2)闪烁晶体快/慢成分比的影响规律。结果表明,生长的高浓度Y^(3+)掺杂BaF_(2)晶体的光学质量优异,在220 nm和300 nm处透过率分别高于90%和92%;随着Y^(3+)掺杂浓度由0提高至10%,BaF_(2)晶体的慢发光成分显著降低,快/慢成分比由0.15提高至1.21;生长的Y^(3+)/Li^(+)及Y^(3+)/Na^(+)共掺杂BaF_(2)晶体的慢发光成分较Y^(3+)掺杂BaF_(2)晶体进一步降低,快/慢成分比最高分别可达1.63和1.61。研制的双掺杂BaF_(2)快响应闪烁晶体有望应用于高能物理、核物理前沿实验等重要领域。