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LuYAP:Ce闪烁晶体技术

技术简介

       本技术是根据军工应用需求研发的新材料技术,突破了原料配方设计、温场结构设计、工艺参数控制等关键技术,获得了无相变、高均匀性LuYAP:Ce闪烁晶体。本技术采用提拉法进行晶体生长,基本原理是将按照一定比例配制的原材料装在一个坩埚中,并加热到材料的熔点以上。坩埚上方有一根可以旋转和升降的提拉杆,杆的下端有一个夹头,其上装有一根籽晶,降低提拉杆,使籽晶插入熔体之中,只要熔体的温度适中,籽晶既不熔掉,也不长大,然后缓慢向上提拉和转动籽晶杆,同时缓慢降低加热功率,籽晶就逐渐长粗,通过直径控制装置调节加热功率,就能得到所需直径的晶体。


技术指标

       性能优异的闪烁晶体材料应具备以下性能:①较高的光产额。光产额高表示发光效率高,因而能量分辨率越好;②对所测粒子或射线有较强的阻止能力。常用辐射长度(X0)、Molere半径和Zeff的大小来衡量,阻止能力大小一般与晶体密度成正比;③较短的光衰减时间。τ越小的闪烁体,时间分辨率越好;④较大的辐射硬度,这与晶体的杂质含量和品质有关;⑤发射光谱与光探测元件的光谱应尽可能匹配;⑥在自身发光波长范围内有较高的透明度,即透过率高;⑦较好的热稳定性,即发光效率和衰减时间等受温度的影响小;⑧化学稳定性好,不吸潮;⑨晶体的成本低。

       事实上,还没有一种晶体具有全优的性能,迄今发现的闪烁晶体都各有优缺点。本技术所得LuYAP:Ce晶体的指标如下:

材料:LuYAP晶体中LuY的比例不小于7:3

晶体密度:>6.8g/cm3

衰减时间:<20ns

光产额:≥104ph/MeV

发光不均匀性:<10%


技术特点

       本技术获得的LuYAP:Ce晶体具有尺寸大、密度高、光产额大、衰减时间短、发光均匀性等特点,可以广泛应用于惯性约束核聚变、高能物理、空间探测以及医学、工业检测等众多涉及到伽马射线探测的领域。与目前应用应用于民用领域的BGONaI(Tl)PWO等晶体相比,LuYAP:Ce晶体作为新一代闪烁晶体材料,具有衰减时间短、光产额高、密度高、有效原子序数大、不潮解的特性,具有良好的光学性能、机械性能及化学稳定性,是综合性能优良的闪烁体材料,也是用于0.511MeV 伽马光子测量的最有效材料。


预期效益

       由于LuYAP:Ce闪烁晶体具有的优异性能,制作成的阵列在激光惯性约束聚变、核设施监测、高能物理以及医学、工业检测等众多涉及到伽马射线探测的领域能够获得广泛应用,年需求LuYAP:Ce晶体将会超过1.5m3