?什么是閃爍晶體？
閃爍晶體到底是什么？可能很多人都沒聽過這個詞，但其實，在我們的日常生活中并不陌生。閃爍體是一種當被電離輻射激發(fā)之后會表現(xiàn)出發(fā)光特性的材料，是將高能轉(zhuǎn)換為可見光的一種典型光電轉(zhuǎn)換材料，可用于輻射探測和安全防護，通常在應用中將其加工成晶體，稱為閃爍晶體。
在醫(yī)學上，閃爍體是核醫(yī)學影像設備比如X光、CT等檢查設備的核心部件。同時，在行李安檢、集裝箱檢查、大型工業(yè)設備無損探傷、石油測井、放射性探測、環(huán)境監(jiān)測等領域，閃爍體都發(fā)揮著不可替代的作用。
各種閃爍晶體
典型材料
目前市面上比較成熟且商業(yè)化的閃爍體有碘化銫(CsI:tl)，碘化鈉(NaI:tl)，硅酸釔镥(LYSO:Ce)，鍺酸鉍(BGO)和鎢酸鎘(CdWO4)等。
同時科學界也不乏對新型閃爍體材料的研究，2018年，西北工業(yè)大學的黃維院士、新加坡國立大學劉小剛教授、陳秋水博士以及福州大學楊黃浩教授等合作，發(fā)現(xiàn)了一種含有銫和鉛重原子成分的全無機鈣鈦礦納米晶閃爍體，其具有較強的X射線吸收能力、高效的三重態(tài)發(fā)光特征、可調(diào)控的電子能級結(jié)構以及較快的輻射發(fā)光速率。相關研究工作以“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”為題于Nature雜志在線發(fā)表。
在X射線照射下全無機鈣鈦礦納米晶閃爍體的可調(diào)諧發(fā)光（數(shù)據(jù)截取自文章“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”）
典型閃爍晶體的參數(shù)特性
Properties/crystal | CsI (Tl) | NaI (Tl) | CsI(Na) | BGO | GSO | PWO | NPWO | CWO | ZnSe(Te) |
Crystal structure | cubic | cubic | cubic | cubic | - | Tetragonal | Tetragonal | Tetragonal | - |
Lattice constant( ? ) | 4.566 | 6.46 | - | - | - | a = 5.416, c = 12.049 | a=5,281, c=11,510 | - | - |
Melting point, °C | 894 | 924 | 894 | 1050 | 1950 | 1123 | 920 | 1325 | 1773 - 1793 |
Density, g/cm3 | 4.51 | 3.67 | 4.51 | 7.13 | 6.71 | 8.28 | 7.57 | 7.9 | 5.42 |
Mohn hardness | 2 | 2 | 2 | 5 | 6 | 3.5- 4.0(C) | 4.9 | 4 - 4.5 | - |
Thermal expansion, 10-6/K | 50 | 47.4 | 49 | - | - | 10 | - | 10.2 | - |
Refractive index | 1.79 | 1.85 | 1.84 | 1.05-1.12 | 1.38 | 2.16 | 2.31 | 2.2 - 2.3 | 2.58 - 2.61 at 610 nm |
Emission wavelength (nm ) | 560 | 410 | 420 | 300 | 440 | 450 / 420 | 520, Cherenkov eff. | 470/540 | 610(fast), 640(slow) |
Decay constant (ns ) | 1000 | 230 | 630 | 5 | 6 | 6 | 6 | 20 ns @ 470nm | 1-3(fast), 30-70(slow) |
5 ms @ 540 nm | |||||||||
Radiation length (cm ) | 1.86 | 2.9 | - | - | - | 0.92 | - | 0.3 | - |
Hygroscopic | yes | yes | yes | No | No | No | No | No | No |
Afterglow % at 6ms | 0.05 - 5.0 | 0.5 - 5.0 | 0.5 - 5.0 | - | - | - | - | 0.1 | < 0.05 |
Effective atomic number | 54 | 50 | 54 | 75 | 59 | 73 | 74 | 65 | 33 |
Light yield [photons/MeVy] | 52- 56 x103 | 38 x 103 | (35 - 42) x 103 | - | - | 22.6~ 25.6x 104 | 5% of BGO | 1.2 - 1.5 x 104 | 8.0 x 104 |
Background, pulse/sec/kg | < 3.0 | < 3.0 | < 3.0 | - | - | - | - | - | - |
Crystal cleavage plane | none | -100 | none | - | - | -101 | - | -10 | - |
閃爍晶體的熒光光譜測試
既然說閃爍晶體是典型的光電轉(zhuǎn)換材料，那么測試閃爍晶體的發(fā)射光譜就必不可少了。此類材料主要用X射線做激發(fā)，用可見波段響應的探測器進行探測采集。
卓立漢光可提供一成套的閃爍體熒光光譜測試解決方案（系統(tǒng)包含：X射線光管，樣品倉，光譜儀，光電倍增管（PMT），單光子計數(shù)器，提供鉛盒、含鉛玻璃等系統(tǒng)防護）。
客戶案例
系統(tǒng)由氙燈、激發(fā)光譜儀、樣品倉、發(fā)射光譜儀、探測器、數(shù)據(jù)采集器組成傳統(tǒng)熒光光譜測量系統(tǒng)，另耦合小型X光管用于閃爍晶體激發(fā)。
選用美國MOXTEK公司60KV 12W小型X光管對閃爍晶體進行激發(fā)，光源小巧且?guī)?，通過軟件控制輸出功率；
CsI閃爍晶體實測數(shù)據(jù)
YLF: 5?3 閃爍晶體實測數(shù)據(jù)
美國MOXTEK小型X光管
我們可以提供不同靶材及外形尺寸。
Moxtek?MAGPRO系列60KV& 70KVX射線光源，該系列X光管使用簡單，一端接上電源線供電，另一端連接電腦USB，即可通過軟件輸入電流值、電壓值控制X光管的輸出；
60KV& 70KVX射線光源 參數(shù)特性
Speci?cations | |||
60kV | 70kV | ||
XRF | Imaging | XRF | |
Tube type: | Metal-ceramic | ||
Operating Temp*: | -10o to 50o C | -10o to 50o C | -10o to 50o C |
Storage Temp: | -20o to 85o C | ||
Standard Cooling: | Forced air | ||
Weight: | ≤825g | ≤900g | ≤900g |
Available Targets: | W, Rh, Ag, Cr, Cu, Mo | W | W, Mo |
HV Polarity: | Grounded anode | ||
High Voltage Potential: | 5 to 60kV | 50 to 70kV | 40 to 70kV |
Max Beam Current: | 10 to 1000μA @ 5kV | 10 to 240μA @ 50kV | 10 to 300μA @ 40kV |
Maximum Power: | 12 watts | ||
Focal Spot Size: | Typical ~400μm | Typical ~500μm | Typical ~500μm |
Window: | Beryllium 125μm or 250μm (depending on target) | ||
X-ray Beam Cone Angle: | ~48° | ~86° | ~48° |
Radiation Leakage: | as low as 2mR/h** | 2mR/h at 50mm | <10mR/h at 50mm |
Input Power: | 24 VDC, 1.1A | ||
Standard Warranty: | One year |
目前卓立漢光的閃爍晶體熒光光譜測試系統(tǒng)的典型客戶代表有：中山大學、深圳大學、中國科學院海西研究院等
Speci?cations | |||
60kV | 70kV | ||
XRF | Imaging | XRF | |
Tube type: | Metal-ceramic | ||
Operating Temp*: | -10o to 50o C | -10o to 50o C | -10o to 50o C |
Storage Temp: | -20o to 85o C | ||
Standard Cooling: | Forced air | ||
Weight: | ≤825g | ≤900g | ≤900g |
Available Targets: | W, Rh, Ag, Cr, Cu, Mo | W | W, Mo |
HV Polarity: | Grounded anode | ||
High Voltage Potential: | 5 to 60kV | 50 to 70kV | 40 to 70kV |
Max Beam Current: | 10 to 1000μA @ 5kV | 10 to 240μA @ 50kV | 10 to 300μA @ 40kV |
Maximum Power: | 12 watts | ||
Focal Spot Size: | Typical ~400μm | Typical ~500μm | Typical ~500μm |
Window: | Beryllium 125μm or 250μm (depending on target) | ||
X-ray Beam Cone Angle: | ~48° | ~86° | ~48° |
Radiation Leakage: | as low as 2mR/h** | 2mR/h at 50mm | <10mR/h at 50mm |
Input Power: | 24 VDC, 1.1A | ||
Standard Warranty: | One year |
