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常见无机闪烁晶体性能对比

发布时间:2016-10-21浏览次数:314

常见无机闪烁晶体性能

闪烁晶体相对光输出(%)衰减时间(ns)发光波长(nm)折射率@λmax密度(g/cm3)潮解性硬度余辉熔点(℃)
NaI(Tl) 碘化钠1002504151.853.6720.3-0.5%@6ms651

CsI(Tl)

掺铊碘化铯

4710005501.794.53轻微20.5-5%@6ms621

CsI(Na)

掺钠碘化铯

856304201.844.5120.5-5%@6ms621

纯CsI

纯碘化铯

4-6160003151.954.51轻微20.5-5%@6ms621

BGO

锗酸铋

203004802.37.1350.005%@3ms1050

LYSO

硅酸钇镥

75414201.817.15.8<0.1%@6ms2050

  辐射探测设备及核医学设备常用闪烁晶体如上表所示,主要有CsI系列,NaI(Tl),BGO以及LYSO闪烁晶体。

                           

  NaI(Tl)有很高的发光效率,并且在发光波段没有明显的自吸收,对Χ射线和γ射线均有良好的分辨能力。在所有的闪烁晶体材料中,它是应用最广泛的一种,可用于核医学、石油地质勘探、高能物理、环境监测等领域。NaI(Tl)晶体的最大的优势在于其相对光输出较高,制成的探头成像较为清晰。且热稳定性较好,温度适应性较强,相对于CsI和BGO晶体,NaI(Tl)在高温时具有更高的发光强度,这使其在环境温度较高的场合有更强的适应性,例如油井或空间探测。NaI(Tl)晶体易受辐射损伤,若长时间暴露在高强度的辐照下则会降低其闪烁性能,一般在射线强度高于102rad(rad:拉德,辐射剂量单位)时就会观察到辐射损伤。所以晶体不要暴露在来自荧光灯或太阳光的紫外线辐照下。其具有较强的潮解性。

  CsI系列闪烁晶体潮解性略优于NaI(Tl)晶体。CsI(Tl)晶体的光输出可达NaI(Tl)晶体的85%,发光主峰位在550nm,能与硅光电二极管很好地匹配,从而使读出系统大为简化。它的衰减时间与入射粒子的电离本领有关,特别适宜于在强γ本底下探测重带电粒子。CsI(Na)的发光效率与NaI(Tl) 接近,发射光谱的主峰位在420nm,更容易与光电倍增管配合;温度效应好。特别适合于在高温环境和空间科学研究中使用。它的缺点是在低能(20keV)下发光效率很快下降,潮解作用比CsI(Tl)厉害。纯CsI晶体的潮解性比CsI(Tl)弱得多。其发射光谱中含有一个波长在305nm的快分量(10ns) 和波长在350-600nm附近的慢分量(100-4000ns) 。通过对慢分量的抑制,快/慢分量比可以达到4倍,总的光输出可达NaI:Tl的4-5%。该晶体的应用有利于获得比较好的时间分辨率。

  NaI(Tl)与CsI系列闪烁晶体有以下特点:1. 密度与原子序数较小,导致辐射长度较长,制成的探测器(尤其是大型探测器)体积较为庞大。2. 硬度较小,一方面晶体很容易切割,另一方面抛光好的晶体表面很容易被划伤3.余辉较长,导致成像效果较差(类似有重影)。4.熔点较低,结晶性能较好,生长成本较低。

  BGO晶体光输出较小,但密度较大,辐射长度较小,几乎没有余辉且不潮解,熔点适中,成本较低广泛应用于高能物理、核物理、空间物理、核医学、地质勘察和其它工业领域。

  LYSO晶体具有不错的光输出,较短的衰减时间,较大的密度,不潮解且基本无余辉,是一种综合性能比较优秀的闪烁晶体,然而由于其原料成本较高,且熔点较高,导致晶体生长效率较低,成本较高,一般应用于高端辐射成像(医疗成像等)。


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