共沉淀法制备Ce、Pr共掺杂GAGG粉体及发光特性

用化学共沉淀法一次煅烧工艺制备Ce,Pr∶GAGG粉体,利用XRD、SEM、荧光光谱仪等对样品表面形貌及发光性能进行表征,研究煅烧温度、沉淀剂引入草酸根对粉体发光性能的影响。结果表明,前驱体经950℃煅烧3 h后全部转变为GAGG相,Pr^(3+)、Ce^(3+)共掺未改变基质的物相结构;沉淀剂引入草酸铵后,粉体发射光谱积分强度由333 573 a.u上升至420 894 a.u,沉淀剂引入草酸根能提高粉体的发光性能。荧光寿命测试表明,在Ce∶GAGG中掺入Pr^(3+)可使Ce^(3+)的荧光寿命降低,衰减时间为35.43 ns。

CT的透视眼

结合闪烁材料设计开发与后端探测器应用需求及发展,基于CT装备对材料及器件的具体性能要求,有针对性地开发新一代面向医疗CT应用的闪烁材料与阵列。拟采用钆镓铝石榴石闪烁陶瓷为主要研究对象,通过阐明"材料设计-制备工艺-微观结构-闪烁性能"的内在关联与作用机制,实现高性能低成本稀土闪烁材料的性能裁剪与可控制备,显著地提升余辉、发光效率、抗辐照损伤等关键闪烁性能参数,使之满足未来CT、PET探测器的应用需求。

微量MgO掺杂对GAGG∶Ce晶体光学和闪烁性能的影响

共掺杂离子是优化晶体闪烁性能的重要手段之一,本文采用提拉法生长了GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,0.1%Mg晶体。通过测试硬度、透过率、X射线激发发射(XEL)谱和符合时间分辨率等方法研究了微量MgO掺杂对GAGG∶Ce光学及闪烁性能的影响。GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,Mg的维氏硬度平均值分别为1430 kg/mm^(2)和1420.4 kg/mm^(2),表明Mg^(2+)的掺杂几乎没有对GAGG∶Ce的硬度产生影响。XEL谱结果表明,共掺杂Mg^(2+)后GAGG∶Ce晶体的发光峰值波长约为540 nm,但5d_(1)→^(2)F_(5/2)及5d_(1)→^(2)F_(7/2)发射峰红移了12~24 nm,Mg^(2+)的引入可能改变了Ce^(3+)的5d1激发态向^(2)F_(5/2)和^(2)F_(7/2)跃迁几率分布。通过共掺杂Mg^(2+),发现尽管光产额由5.8×10^(8)lx/MeV(58000 ph/MeV)降低为4.15×10^(8)lx/MeV(41500 ph/MeV),但GAGG∶Ce,Mg符合时间分辨率得到了显著改善,达146 ps。此外,比较不同尺寸样品的光产额,发现GAGG∶Ce,Mg对闪烁发光的自吸收程度小于GAGG∶Ce。以上结果表明,微量MgO掺杂是优化GAGG∶Ce晶体闪烁性能的有效途径。

无机闪烁体钆镓铝石榴石(GAGG)的性能研究及应用

讨论了新型无机闪烁体——钆镓铝石榴石(GAGG)的应用前景,对该种闪烁体的各项性能进行实验测试,发现其发光衰减快,能量分辨率较高,余辉时间短,与传统无机闪烁体相比有较明显性能优势。在此基础上,采用GAGG闪烁体耦合新型光电转换器件硅光电倍增管,研制成单通道辐射探测器,并对其基本性能进行了测试。

面向核退役场景的阵列式康普顿相机成像系统研制

基于23×23阵列GAGG(Ce)探测器以及行/列读出电路设计并研制了适用于核退役场景的康普顿相机系统,探测器由阵列式掺铈钆铝镓石榴石[GAGG(Ce)]耦合硅光电倍增管(Si-PM)而成;开发了基于GPU加速的SOE(subsetdriven origin ensemble iteration)算法,用于加速重建过程。完成研制后,评估了探测器及系统性能:探测器性能方面,所研制相机的能量分辨率为6%±0.6%@662 keV(半峰全宽),位置分辨率为2.2 mm,探测器能量线性度良好(线性拟合优度R2=0.991);成像性能方面,对于活度为1.11×10^(7)Bq的^(137)Cs点源,将其放置在成像系统正前方3.4 m处的初步成像时间仅需20 s,成像系统角分辨率为7°@JND(just noticeable difference)。最后针对应用场景进行了模拟,结果表明:本文研制的康普顿相机可在π视场范围内同时对多个放射源进行成像定位,可用于核退役放射性测量过程,减少作业人员受照剂量。