高光输出快衰减铈掺杂石榴石闪烁陶瓷的制备与性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhaoxuan898556
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
闪烁体是一种可以将高能射线或粒子转换为紫外光或可见光的功能材料,在医学成像、高能物理、安全督查、空间探测等领域广泛应用。随着各类探测器的发展,对新一代闪烁材料提出高光输出、快闪烁衰减、低成本等要求。铈掺杂镥铝石榴石(Ce:Lu3Al5O12)闪烁体以其高密度、纳秒级快衰减、高闪烁效率等优良性能备受关注。然而Ce:Lu3Al5O12单晶中存在大量“慢闪烁成分”,限制其闪烁性能提升。透明陶瓷低温制备是优化其“慢闪烁成分”、提升闪烁性能的重要途径。基于Ce:Lu3Al5O12闪烁陶瓷,本研究进一步结合并应用材料组分设计与先进陶瓷制备工艺,先后对制约其光学与闪烁性能的因素进行研究与优化,旨在实现高光输出、快衰减、高光学质量铈掺杂石榴石闪烁陶瓷的可控制备。本论文的主要内容如下:(1)通过固相反应法结合真空烧结,制备得到直线透过率为71%@510 nm的Ce,Mg:Lu3Al5O12闪烁陶瓷(厚度为1 mm),并对其退火温度与铈离子掺杂浓度进行优化。空气退火温度的提升有利于其氧空位的消除,促进快闪烁中心Ce4+的转化,从而实现闪烁性能提升。但退火温度提升的同时会引起富Al第二相的析出,对Ce,Mg:Lu3Al5O12的光学质量不利。该第二相的出现则源于高温真空烧结过程中微量铈、镁元素的挥发。另一方面,通过提升铈离子掺杂浓度,则可以增加发光中心数量,与缺陷能级有效竞争。而过高铈离子掺杂浓度(>0.1at%),则会促进铈离子自吸收效应,影响其发光效率。(2)在Ce,Mg:Lu3Al5O12闪烁陶瓷基础之上,组分设计并制备得Ce,Mg:(Lu,Y)3Al5O12闪烁陶瓷,并研究了Y3+引入对其晶格结构、能级结构以及发光性能的影响。结果表明,系列Ce,Mg:(Lu,Y)3Al5O12陶瓷的晶胞参数随Y3+含量线性变化,符合Vegard定理。通过Y3+引入量增加,Ce,Mg:(Lu,Y)3Al5O12陶瓷的导带底位置不断下降,逐渐靠近甚至淹没部分浅能级陷阱。通过控制Y3+含量,可实现浅能级陷阱效应的削弱,从而抑制或加速闪烁响应中的慢分量,促进快闪烁成分的增加。通过优化后,制备得到的Ce,Mg:Lu0.5Y2.5Al5O12陶瓷的光产额为24 500 ph/Me V(1μs门宽)。(3)同时开展了系列Ce:(Gd,Y,Lu)3(Al,Ga)5O12闪烁陶瓷的制备、性能探究与组分设计工作。首先,采用固相反应法结合氧气预烧与热等静压烧结(HIP)后处理的技术路线,成功制备得到纯相Ce:Lu3Ga3Al2O12闪烁陶瓷。其表现出良好的稳态与瞬态发光效率,快闪烁响应含量较高。但该Ce:Lu3Ga3Al2O12陶瓷中存在显著的热离化效应,造成发光过程中的能量损失。因此进一步组分优化设计,延续Ce:Lu3Ga3Al2O12陶瓷的制备工艺,制备得到纯相Ce:Gd2YGa3Al2O12闪烁陶瓷。其表现出纳秒级快衰减(56 ns)、高光产额(6μs门宽时间下为45 000 ph/Me V)、良好的能量分辨率(8.67%)。(4)为获得高光学质量、高闪烁性能的Ce:Gd2YGa3Al2O12陶瓷,采用共沉淀法合成分散性与烧结活性优良的纳米粉体,并进一步通过氧气氛预烧结合HIP后处理制备得到Ce:Gd2YGa3Al2O12透明陶瓷。对Ce:Gd2YGa3Al2O12陶瓷在预烧结以及HIP后处理过程中的微观结构演化进行探究,结果表明,晶粒细小、密度高、残余晶间气孔少、无连通气孔与晶内气孔的微观结构状态的预烧陶瓷是HIP后实现Ce:Gd2YGa3Al2O12陶瓷透明化的重要基础。通过控制陶瓷烧结制度,包括预烧温度、预烧时长以及HIP温度,可对陶瓷样品的气孔类型、气孔数量和晶粒尺寸有效调控。优化烧结条件后,制备得到的Ce:Gd2YGa3Al2O12陶瓷表现出良好的透过率(61%@520 nm)、高光产额(10μs门宽时间下为37 500 ph/Me V)、快闪烁衰减(61 ns)和良好的X射线成像性能。
其他文献
证券投资组合理论针对资产投资人评估风险和利润实现投资收益最大化的方法进行研究。它为现代投资理论的发展起到重要作用。文章从证券投资组合理论、证券投资组合风险的衡量
目的:了解餐饮服务环节餐具消毒状况,为把好“病从口入”关,采取预防措施提供依据。方法:对不同规模饮食服务业随机抽样对大肠菌进行监测。结果:大型正规饮食业合格率为72.8%,个体为4
随着科技的不断发展以及国家政策的支持推动,人工智能技术的发展逐步趋于成熟,智能语音交互技术与自然语言处理技术的应用越来越广泛。人工智能技术在K12教育应用中逐渐受到
1临床病例患者,李某,女,54岁。主因背痛伴咳嗽2月余,加重伴胸闷10余天。2011-03-17入院。者于2010-12中旬出现背部刺痛,阵发性加重,深吸气时明显,伴咳嗽,咳白痰,量不多,偶有
Ascites appearing in a previously healthy female patient is usually ascribed to a variety of causes,among which,is a cancerous process,especially if it comes wi
在同一标的物上存在两个以上同种或者不同种类的担保物权且其效力相互冲突时,构成担保物权的竞合。笔者根据《物权法》、《担保法》司法解释等有关规定,提出在《物权法》实施后
国企改革如火如荼。内控作为企业自身的免疫和修复系统,是保证企业持续经营、规避和化解风险、提升经营管理水平,实现企业战略目标的重要措施和保障。现阶段国有企业在内控管
保险合同不利解释应尊重受意人的理解,以一个理性人的理解去探寻合同的真意,为此在合同法总则中规定格式合同疑义条款解释的规则,并在保险法中规定了保险人的说明义务,最终从根本
目的:探讨门诊老年输液患者对健康教育内容和教育方式的需求特点。方法:通过对我科320例门诊老年输液患者的健康教育需求进行总结分析。结果:门诊老年输液患者对健康教育内容的
我理解的漫谈,就是想到哪里就说到哪里,根据我的经验,想到哪里就说到哪里的话与精心考虑选择后才说出的话更具有可信性,所以我选用了刑事辩护这个题目,从一个从业12年的刑事辩护律