掺铈钆铝镓石榴石闪烁晶体的研究进展及应用

掺铈钆铝镓石榴石(Ce∶GAGG)是一种新型的无机闪烁晶体材料,在核医学成像、环境辐照剂量监测、空间探测、国土安全及地质勘探等领域有广阔的应用前景。该文总结了Ce∶GAGG闪烁晶体在国内外的最新研究进展,综述了Ce∶GAGG闪烁体探测器在地基、空基和天基搭载平台上的应用,最后展望了Ce∶GAGG晶体材料及其应用的发展方向。

微下拉法晶体生长炉自动控制系统的研究

该文研究了微下拉法晶体生长炉晶体生长的稳定性。根据微下拉法晶体生长特点,设计了2种微下拉法晶体生长的功率自动控制方法,通过控制弯月面高度和生长晶体质量,实现晶体生长自动控制,保证生长过程稳定,实验结果表明,采用自动控制方式可以生长出外形美观,内部质量好的纤维晶体。

LuAG:Ce和LuAG:Ce,Mg晶体生长与闪烁性能

采用提拉法生长了φ80 mm×100 mm的掺Ce镥铝石榴石(LuAG∶Ce)晶体和掺Mg的LuAG∶Ce(LuAG∶Ce,Mg)晶体,并测试了晶体室温下的闪烁性能。实验结果表明,通过Mg离子掺杂,晶体光产额从15 000±1 500 photons/MeV提高到30 000±1 500 photons/MeV,衰减时间从120 ns加快到54 ns。

一种新型Ce∶GAGG闪烁探测器性能研究

该文将新型掺铈钆稼铝石榴石(Ce∶GAGG)闪烁晶体与CR-173光电倍增管耦合,并将其和分压电路、高压模块、前放电路一起封装在铝合金外壳中,制成新型Ce∶GAGG闪烁探测器。研究了不同尺寸Ce∶GAGG闪烁晶体、不同耦合方式及反射层封装材料对新型Ce∶GAGG闪烁探测器光产额和能量分辨率的影响,同时与封装好的1英寸(1英寸=2.54 cm)掺铊碘化钠(NaI(Tl))闪烁晶体进行对比实验,并对Ce∶GAGG和NaI(Tl)闪烁探测器的能量线性进行测量。实验结果表明,小体积的Ce∶GAGG闪烁探测器性能最好;光学硅脂耦合可提高闪烁探测器的性能;银反射膜(ESR膜)材料封装闪烁探测器性能最好;Ce∶GAGG闪烁探测器性能优于NaI(Tl)闪烁探测器。

微下拉法YAG晶体生长数值模拟

对微下拉法生长YAG晶体进行包括感应加热在内的全局数值模拟,其耦合了感应加热、气体与熔体对流以及固液气三相的热输运,熔体对流同时考虑浮力与表面张力作用.为统一使用有限体积法离散控制方程,采用复函数法求解电磁场,与流函数法对比验证程序正确性.分析整个生长炉内的温度和流场(包括气体和熔体)分布,并针对固液交界面区域温度梯度较小的情况,改进后热器材料,为微下拉法晶体生长炉结构设计提供参考.

不同结构板翅式油冷器单层冷却液侧换热特性的数值模拟

基于多孔介质模型,针对5种内部结构不同的板翅式油冷器单层冷却液侧的流动和热输运过程,利用有限体积法进行数值模拟.研究结果表明:在翅片布置方向相同情况下,进出口对角布置时冷却液的压力和温度场分布比同侧布置进出口时均匀,温差较同侧布置时大.在出口位置相同情况下,翅片横向布置时冷却液的压力和温度分布要比纵向布置时均匀,但压差大,温差不大.带隔板结构冷却液的温差最大,但压差要高一个数量级.

不同厚度Ce:GAGG闪烁晶体性能研究

选择不同厚度的Ce:GAGG闪烁晶体(2,4,6,8,10 mm),通过透过率测试分析自吸收对Ce:GAGG闪烁晶体性能的影响,同时研究晶体表面不同粗糙度、不同封装、不同耦合方式对Ce:GAGG闪烁晶体光输出、能量分辨率的影响。实验结果表明通过优化Ce:GAGG闪烁晶体样品表面粗糙度、封装反射层和耦合方式,能大幅度提高Ce:GAGG闪烁晶体样品的光输出和能量分辨率。使用137Cs标准放射源,测试得到Ce:GAGG闪烁晶体样品的最佳能量分辨率为7.0%。

基于单光子技术的闪烁体衰减时间常数测量

采用单光子技术中的延迟符合法原理,搭建了一套闪烁体衰减时间常数测量系统。选取国产的Ce∶LYSO和Ce∶LuAG两种闪烁体各3条进行衰减时间测量,将测试得到的衰减时间常数曲线进行单指数拟合,计算可得,Ce∶LYSO和Ce∶LuAG发光衰减时间常数平均值分别为43.85 ns及56.02 ns。结果表明,该套装置的测试结果与国内外同行其他测量方法得到的结果基本一致。

Ce∶GAGG与CsI(Tl)闪烁晶体性能对比研究

研究了不同反射层封装方式和与Si-PM不同耦合方式对Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体光输出和能量分辨率的影响,比较了Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体的透过率和衰减时间。实验结果表明:通过优化闪烁晶体的反射层材料和耦合方式,能大幅度提高Ce∶GAGG和CsI(Tl)闪烁晶体的光收集效率;Ce∶GAGG闪烁晶体的光输出、能量分辨率、透过率、衰减时间指标均优于CsI(Tl)闪烁晶体。Ce∶GAGG闪烁晶体使用TiO_(2)反射层材料封装和硅脂耦合,测试得到^(137)Cs放射源在662 keV最佳能量分辨率为4.89%。

高温稀土氧化物系列核辐射探测材料关键技术及应用

以掺铈铝酸钆镓(Ce:GAGG)和掺铈硅酸钇镥(Ce:LYSO)为代表的高温稀土氧化物系列核辐射探测材料综合性能优异、应用面广,受到欧、美、日本等发达国家的高度重视.其中,Ce:GAGG晶体光输出高、余辉低,主要应用在安检、工业无损探伤、医疗CT等X射线成像应用领域;Ce:LYSO晶体密度高、衰减时间快,主要应用在基于γ射线探测技术的飞行时间正电子发射断层成像(TOF-PET)等核医学影像装备中.此外,该系列材料也是高能物理、实验天体物理和国防领域迫切需求的关键材料.