成果名称 ---【 硅酸镥和铝酸镥闪烁晶体的生产与性能研究 】

基本信息
所属机构
中国科学院上海硅酸盐研究所
立项名称
硅酸镥和铝酸镥闪烁晶体的生长与闪烁性能研究
主题词
硅酸镥;铝酸镥;晶体生长
研究起止时间
2003.01 至2005.12
成果公报内容
硅酸镥(LSO)和铝酸镥(LuAP)晶体是一种性能优异的新型闪烁体,因密度大、光输出高和衰减时间短而在高能物理、核物理、核医学和安全检测领域有广阔的应用前景。 在过去三年里,我们在国家自然科学基金资助下,重点开展了晶体生长技术、结构缺陷和闪烁性能研究,旨在探索影响晶体性能的因素和提高晶体质量的途径。取得的成果如下:直接测出该晶体的解理面为(110),明确了该晶体开裂的根本原因,从而为晶体生长方向的选择指明了方向;发现晶体中的光散射中心为氧化镥固体颗粒,其成因与熔体中氧化硅组分比氧化镥更容易挥发所致,并通过采用富氧化硅组分的原料配比获得了无散射中心优质晶体;所生长的LSO晶体经国际权威机构测试,光输出,衰减时间,激发和发射波长等性能与美国CTI公司的同类产品相当。在国际上首次发现LSO晶体存在一个与420nm吸收相对应的辐照诱导色心,其成因与LSO:Ce晶体中的氧缺位点缺陷有关。该晶体光输的温度猝灭效应开始于200K,从250K到400K是LSO:Ce晶体光输出对温度最敏感的温度区间。掺杂剂La、Sc和Y后晶体的放射性背景强度和生长温度却大大降低,La对LSO晶体发光强度和能量分辨率的提高有积极作用,但Sc、Y和Gd掺杂对晶体的闪烁性能没有大的影响。LSO:Ce晶体通常都有比较强的余辉,其成因与晶体结构中孤立氧的丢失有关,通过氧气氛的退火可明显减弱余辉强度。研究过程中得到的焦硅酸镥(Lu2Si2O7)新型闪烁体不仅光输出与LSO相当,且熔点低,余晖弱,温度稳定性好,特别适合在石油测井领域应用。具钙钛矿结构的Ce3+掺杂LuAlO3晶体在低温下会分解成镥铝石榴石(Lu3Al2[AlO4]3),因而难以生长单晶,但掺Y的LuYAP单晶具有较好的热稳定性。说明小半径的Lu离子是导致钙钛矿结构LuAlO3晶体不稳定的主要原因,而适量掺入大半径的Y或La离子则可大大提高钙钛矿结构的热稳定性。 所生长的LSO晶体经军工部门测试和确认,已经可作为样品开始试用,并因此获得了一个合作开发合同。
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