Ce:YAP闪烁晶体生长及其特性研究

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Ce:YAP是一种性能优良的闪烁晶体,它具有良好的机械加工性能、稳定的化学性质和良好的探测性能,在高能物理、核物理、宇宙天文学、核医学、核防护等方面有着广泛的应用前景。 本文报道用中频感应加热的方法提拉生长Ce:YAP晶体的工艺技术和对晶体组分、缺陷及光学性质的研究结果。实验主要围绕提高晶体的质量、减小晶体宏观缺陷和提高晶体光输出性能两个方面进行。通过设计合适的温场、以及调节好与温场相匹配的生长工艺参数,生长出了多根Ce:YAP单晶毛坯。晶体表面光滑,无色透明,晶面及晶棱明显且应力均匀,完整性较好。 对晶体生长降温过程中形成的开裂进行了检测,并对开裂的原因进行了讨论,指出晶体生长过程中的热应力在降温过程中的释放是开裂的主要原因。观察到了孪晶、裂隙、云层、生长层和核心等宏观缺陷,晶体的这些宏观缺陷与气--液界面温差有较大关系:温差大容易造成孪晶、裂隙等缺陷;温差小容易造成气泡、散射颗粒等缺陷。 通过光谱分析和对发光机制的研究,指出在产生荧光辐射过程时晶体中的点缺陷对荧光的吸收以及荧光收集过程中宏观缺陷对荧光的散射是造成晶体光产额减小的原因,通过减小晶格缺陷是提高晶体光产额的有效途径。 晶体的成分分析、物相分析的测试和结果也都己给出。降温过程中的开裂,生长过程中的孪晶、裂隙、散射颗粒以及光产额的提高等问题得到了一定程度的解决。光输出性能测试结果表明Ce:YAP晶体的光产额为1865phe/MeV,衰减时间的快慢成分分别为23ns和99ns,快慢成分比例分别为88%和12%。衰减时间及快慢成分比例达到国际先进水平,在国内属于首次报道。
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