为了探索Higgs粒子的存在，欧洲核子研究中心(CERN)将于2005年建 成最新的大型强子对撞机(LHC)，这对验证粒子物理的“标准模型”具有重要 意义。作为LHC上紧凑型μ介子螺旋探测器(CMS)的核心部件电磁量能器 (ECAL)所选用的闪烁晶体，钨酸铅(PbWO4)晶体的闪烁性能及辐照损伤的 研究成为近年来国际范围内闪烁晶体研究的一大热点问题。 作者首次采用正电子湮没寿命谱对不同组分及不同掺杂PbWO4晶体中 铅空位(VPb)的变化进行系统测试分析，并利用X射线光电子能谱的检测 手段研究晶体中低价氧[O-x(-2＜x＜0)]的变化情况，进而对其微观缺陷和掺杂 机制进行分析和研究，为进一步研究PbWO4晶体的吸收中心和发光机制提 供了实验依据。主要结论包括：(1)不同的+3价离子在PbWO4晶体中的掺杂机 制不同，引入间隙和填隙两种不同的微结构缺陷。(2)掺铌样品中Nb5+占据W6+ 位使得晶体内部分(WO4)2-根团形成(NbO3+VO)-。(3)富Pb样品由于晶体生长过程 中PbO的挥发，使得晶体内的VPb浓度仍接近于化学计量比PbWO4晶体。(4)富 W样品VPb浓度增加，低价氧浓度增加，与掺铌样品的VPb和低价氧变化趋势相 同。 作者进一步按照“未处理→辐照→氧退火”实验流程的设计，对未处理、 辐照后、氧退火不同条件下的透射光谱进行测试，并根据前面研究得到的掺杂 机制，对PbWO4晶体的吸收中心问题进行研究，发现：(1)PbWO4晶体中的 350nm吸收中心由WO3+VO引起。[2]450nm处的浅色心吸收带与大剂量γ辐照 在晶体内产生间隙氧离子相关。(3)出现严重辐照损伤的掺铋PbWO4晶体其辐照 损伤机制不同于其他晶体，主要是因为辐照使掺杂元素铋发生Bi3+→Bi5+的变价 行为，辐照后晶体中Bi5+替代W6+位并使得晶体内部分(WO4)2-根团形成大量的 诱导色心。 根据前面的结论，作者进而研究了掺杂离子的类型和退火气氛对 PbWO4晶体闪烁性能的影响。本文的工作对指导PbWO4晶体的生长具有一 定的帮助和指导意义。 关键词：钨酸铅晶体；微观缺陷；掺杂机制；吸收中心；退火处理；正电子湮没寿命谱；X射线光电子能谱