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閃爍晶體熒光光譜測試
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)之后會表現出發(fā)光特性的材料，是將高能轉換為可見光的一種典型光電轉換材料，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)，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、的三重態(tài)發(fā)光特征、可調控的電子能級結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諧發(fā)光（數據截取自文章“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”）
典型閃爍晶體的參數特性
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( Å ) | 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換材料，那么測試閃爍晶體的發(fā)射光譜就*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（系統包含：X射線光管，樣品倉，光譜儀，光電倍增管（PMT），單光子計數器，提供鉛盒、含鉛玻璃等系統防護）。
客戶案例
系統由氙燈、激發(fā)光譜儀、樣品倉、發(fā)射光譜儀、探測器、數據采集器組成傳統熒光光譜測量系統，另耦合小型X光管用于閃爍晶體激發(fā)。
選用美國MOXTEK 70KV 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。
X射線激發(fā)樣品實拍圖
LYSO粉末發(fā)射藍紫光
YAG粉末發(fā)射黃光
閃爍體熒光光譜測試全新設計
采用封閉式的鉛盒包裹住樣品和X射線，提供暗環(huán)境的同時防止射線泄露，保護測試人員。
采用光纖收集樣品的熒光信號，可以完美地將熒光信號耦合到卓立漢光OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)-瞬態(tài)熒光光譜儀或是單獨的熒光采集模塊中（單色儀＋探測器）。
內置于鉛盒的小型X光管
作為小型X光管制造商，Moxtek始終走在手持式小型X光管技術前列。我們可以提供不同靶材及外形尺寸。
Moxtek®MAGPRO系列 60KV & 70KV X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 & 70KV X射線光源 參數特性
已銷售客戶列表：
中山大學、華南理工大學、深圳大學、西北工業(yè)大學、哈爾濱工程大學、中國計量大學、中國科學院上海應用物理研究所、中國科學院海西研究院、松山湖材料實驗室。
相關實測數據
鍺酸鉍（Bi4Ge3O12，BGO）晶體，X射線源：管電壓：60KV，管電流：100uA
CsI塊狀樣品，X射線源：管電壓：60KV，管電流：100uA
氧化物薄膜閃爍晶體，X射線源：管電壓：60KV，管電流：100uA
YLF晶體摻雜5%Ce離子，X射線源：管電壓：60KV，管電流：100uA
