低强度脉冲伽马辐射测量中LaCl_3、YAG∶Yb和CeF_3闪烁探测器优选

为了在低强度脉冲伽马辐射测量中获得更精密可靠的测试数据,对La Cl3(50 mm×30 mm)、YAG∶Yb(50mm×50 mm)两种新型闪烁探测器和常用Ce F3(45 mm×20 mm)闪烁探测器的灵敏度、伽马/中子甑别能力、时间响应特性、统计涨落等主要参量进行了实验测量和对比。实验测量结果表明:La Cl3闪烁探测器灵敏度最高;伽马/中子甑别能力比另两种闪烁探测器高1倍以上;时间响应与Ce F3闪烁探测器相当;统计涨落最小(测点注量率相当的情况下)。进行中子、伽马混合脉冲辐射场中的低强度脉冲伽马辐射测量时,三种闪烁探测器中,La Cl3闪烁探测器是一种更佳的实用候选闪烁探测器。

强辐射对Yb∶YAG超快无机闪烁探测器灵敏度影响的实验测量

为了给强脉冲辐射场中应用超快闪烁探测器进行精密物理测试以及相关晶体抗核加固提供实验测量数据参考,针对近年新研制的Yb∶YAG超快无机闪烁体与GD40光电管构成的快闪烁探测器,在源强近万居的强稳态辐照场中,细致测量了辐射累计伽马剂量从约1 Gy开始到最高约1 k Gy全过程中Yb∶YAG超快闪烁探测器输出电流的变化数据;在测点注量率大于1017cm-2·s-1的"强光一号"短γ脉冲辐射场中,测量了Yb∶YAG超快闪烁探测器输出脉冲波形响应情况。实验测量结果表明:在强稳态辐射场情况下,对应累计剂量5~10Gy时,YAG(Yb)闪烁探测器灵敏度下降约5~10%(相对辐照1 Gy时的情况);测点累计伽马剂量约1 k Gy时,Yb∶YAG超快闪烁探测器的电流输出与约1 Gy时的比值约50%;短γ脉冲辐射情况下,测点累计注量约4×109cm-2,Yb∶YAG超快闪烁探测器输出电流约1 A时,灵敏度下降约10%(相对累计注量约3×109cm-2的情况),当测点注量大于1010cm-2(累积剂量超过100 m Gy),Yb∶YAG超快闪烁探测器会出现较明显的损伤现象。

增加Yb:YAG闪烁探测器脉冲输出电荷的实验测量

为增加Yb:YAG闪烁探测器的有效脉冲输出电荷量,对Yb:YAG闪烁体采取了类似Na I的封装方式,在快脉冲X辐射源场中,应用透紫GD40光电管和普通光谱响应GD40光电管,对Yb:YAG封装与不封装的脉冲输出特性进行了监测。实验结果表明:对Yb:YAG闪烁体进行封装相对无封装情况脉冲输出电荷量增加最大达90%,统计涨落可降低约1/3。

Yb∶YAG晶体的闪烁特性

通过不同Yb3+掺杂浓度(5%~30%,原子数分数)的Yb∶YAG晶体的阴极射线发光谱、衰减时间、光输出及其温度依赖关系的测量,研究了Yb∶YAG晶体的闪烁性能。不同Yb3+掺杂浓度的Yb∶YAG晶体具有不同的光输出和猝灭温度,光输出随Yb3+掺杂浓度的增大而降低,猝灭温度则随掺杂浓度的增大而升高。室温下Yb∶YAG晶体的发光衰减时间较短,均小于50 ns。Yb3+掺杂浓度为5%的Yb∶YAG晶体具有较高的光输出和较低的猝灭温度。

Yb∶YAG超快闪烁晶体研究进展与展望

Yb3+离子掺杂YAG晶体(Yb∶YAG)作为一种性能优良的激光晶体已广泛应用于高效、高功率激光领域。最新研究表明,Yb∶YAG晶体响应时间可达0.411 ns,其优良的超快闪烁特性在超快脉冲辐射探测、惯性约束核聚变、空间辐射探测、核反应动力学等领域的应用引起了广泛关注,使得Yb∶YAG晶体成为超快闪烁材料研究的热点。关于Yb∶YAG的闪烁特性,文章在系统介绍Yb∶YAG作为超快闪烁晶体研究进展和发光机理的基础上,归纳总结了掺杂种类、浓度、后处理工艺、辐照、格位尺寸大小、温度等对Yb∶YAG晶体闪烁性能的影响。然后,针对Yb∶YAG目前存在的问题,给出相应的解释并提出通过离子共掺调控来改善其闪烁性能的方法。最后,对Yb∶YAG超快闪烁晶体未来的发展方向进行了展望。

Si^(4+)共掺杂Yb∶YAG单晶生长和光谱特性研究

利用提拉法生长了Si^(4+)共掺杂Yb∶YAG单晶,该晶体属于立方晶系,O_(h)^(10)-Ia3d空间群。掺杂的Si^(4+)没有改变YAG的晶体结构,但是影响了发光离子的价态。吸收光谱表明Si^(4+)的引入使得Yb^(2+)含量增多,这是由于Si^(4+)引入了过量的电荷,为满足电价平衡,Yb^(3+)转换为Yb^(2+)。Yb^(2+)的出现降低了Yb∶YAG的发光强度。稳态X射线激发发射光谱结果表明Si^(4+)共掺杂Yb∶YAG晶体的发光强度是Yb∶YAG的63%,γ射线激发下的光产额降至原来的40%。此外,由于原料中含有多种Yb的同位素,Yb∶YAG除了可以被X射线、γ射线激发出荧光外,还可以与中子发生核反应产生带电粒子,进而引起次级反应产生荧光。荧光的产生仍然由Yb^(3+)决定,因此,Si^(4+)掺入也降低了中子探测灵敏度。

Yb∶YAG晶体的红外闪烁特性

用脉冲电子束激发测量了不同Yb3+掺杂浓度的Yb∶YAG晶体的红外(IR)闪烁发光性能。Yb∶YAG晶体的IR闪烁发光具有高的光产额和长的衰减时间,但存在浓度猝灭效应和温度依赖关系。Yb∶YAG晶体的IR闪烁性能还与晶体品质有关,相同掺杂浓度的Yb∶YAG晶体,品质优异的会获得更高的光产额。这一初步的研究成果表明,部分掺Yb3+晶体有可能用于医学成像装置。