掺铊碘化铯晶体缺陷的研究

根据美国ＳＬＡＣ公司及日本ＫＥＫ公司的要求，我们为其提供高能探测器所需的大尺寸掺铊碘化铯晶体。他们对晶体性能提出了较高的要求，要求晶体透明不着色、无云层和杂质包裹体等缺陷。由于这些缺陷的存在会导致晶体光输出下降、均匀性变差、抗辐照损伤能力下降、甚至出现开裂而影响晶体的质量。但这些缺陷在生长过程中又不可避免，为此我们对这些缺陷进行了深入的研究。在卤化物晶体生长过程中，氧的存在哪怕是ｐｐｍ级的含量都会对生长带来危害，造成晶体性能下降，所以大多采用在真空状态下生长。对于掺铊的碘化铯晶体国外更是全部采用在真空状态下生长，而我们根据掺铊碘化铯晶体的生长特性采用不同于国外的真空炉生长而使用大气下坩埚下降法，且又不同于一般的坩埚下降生长法。在我们的工艺条件下主要产生上述三种缺陷，本文阐述了这些缺陷的形成和危害。其中晶体的着色表现为顶部泛黄，这主要是生长过程中来源于水分和外界空气中氧的进入。虽然我们在装料过程中采用了真空处理，然而仍不可避免氧的进入。晶体生长是排杂过程，氧离子作为阴离子杂质不断向上排，在顶部富集与铊离子结合从而使晶体顶部发黄。同样，云层也出现在晶体的上半部，但它的产生是由于温场变化而引起。主要是加热功率起伏?

掺铊碘化铯晶体的生长缺陷

掺铊碘化铯晶体为高能探测器用的闪烁晶体。由于高能粒子在材料中的衰减性能决定了该晶体材料作闪烁体应用时所需的尺寸为５５２×６７２×３００ｍｍ，晶体生长毛坯质量约１０ｋｇ。如此之大的晶体无疑为晶体生长带来了一定困难，器件要求晶体无明显宏观缺陷，即无开裂、无气泡、云层等缺陷。但在晶体实际生长中晶体生长参数的选择及生长炉内的温场分布，往往决定了晶体的不完整性，尤其是大直径晶体的生长。由于其大量结晶之潜热的释放，如不及时交换出去，将对晶体的生长前沿产生影响，即改变了晶体的生长机制。我们采用非真空坩埚下降法来生长该晶体，由于该生长法须用氧化铝管和氧化铝粉，在一定程度上阻止了热量的散发，使得晶体生长时的结晶热不能及时与环境交换，改变了晶体生长界面的形貌。在晶体生长后的一段距离于晶体的中心部位常出现一串气泡，且向上呈发散状或气泡可在晶体内保持直径达１０ｃｍ之后发散。气泡直径可由０．５～１ｃｍ左右不等，也有严重时达２ｃｍ左右。显然此时晶体处于凹界面的生长状态，生长界面呈反转现象，于是在晶体的中心热量不能及时带走，便有大量熔体被包裹于晶体内。在进一步的冷却过程中，这部分熔体凝固。由于固－液之间的体积差，在晶体的体内就留下了大量?

闪烁晶体碘化铯在紫外光和X射线激发下的发光特性

室温下掺铊碘化铯（CsI∶Tl）晶体的吸收谱在230320 nm范围内有3个特征峰：310 nm（4 eV）、270nm（4.6 eV）和245 nm（5.1 eV）。采用这3种不同激发能量（对应不同激发机制）的近紫外（UV）光激发得到的荧光（PL）光谱相同。这些PL谱与钨（W）靶X射线激发的辐照致荧光（RL）谱也类似。经分峰计算,PL和RL均含有4种熟知的3.1 eV（400 nm）、2.55 eV（486 nm）、2.25 eV（550 nm）和2.1 eV（590 nm）发光组分,但RL中2.1 eV组分高于PL,同时2.55 eV组分又低于PL。分析认为,这一差异来自于X射线对晶体的辐照损伤Tl＋Va＋、Tl0Va＋,相关的2.1 eV吸收峰与2.55 eV发光带重叠。结果表明：X射线比紫外光更易产生损伤从而影响晶体CsI∶Tl的发光特性。

CsI:Tl晶体生长中存在的问题及其解决途径

用Ｂｒｉｄｇｍａｎ方法制备了掺铊的碘化铯晶体。样品经过切割、研磨和抛光，观察了它们的缺陷，测量其光学性质。结果表明：气泡、包裹体和局部开裂严重地影响晶体的光学质量和完整性。通过使用高纯试剂、惰性气氛生长、分段和均匀掺杂、窄的熔区和合适的温度梯度，能够明显地改善晶体的性质和质量。

sI(Tl)晶体抗辐照性能与生长工艺的研究

ＣｓＩ（Ｔｌ）晶体抗辐照性能与生长工艺的研究吴皓邓群沈定中殷之文（中国科学院上海硅酸盐研究所，上海２０００５０）ＤｅｖｅｌｏｐｉｎｇｏｆＣｓＩ（Ｔｌ）Ｃｒｙｓｔａｌ’ｓＲａｄｉａｔｉｏｎＨａｒｄｎｅｓｓａｎｄＱｕａｌｉｔｙＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔＷｕＨ...