闪烁晶体的光学转换特性与光谱测试技术开题报告

1、毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一、课题研究背景 当出国旅游的人们把手提包放进机场安检口的扫描设备中；当人们在医院就诊时需要拍摄胸部的CT造影，他们或许不知道闪烁晶体正在为人类的安全和健康默默地做出贡献。事实上，近年来在高能物理和空间研究、医学成像、以及迅猛发展的工业检测和安全检查等众多高技术装备中正在愈来愈多地出现闪烁晶体的身影1。总之，闪烁晶体与我们愈走愈近了!人工晶体是信息技术发展的原动力，是光学、电子学、计算机、通讯、勘测、探测、传感等设备仪器研制生产的物质基础及核心原材料2，是由电子时代转向光子时代的

2、动力源泉，因而发达国家特别是军事强国均把人工晶体的生长、应用、测量等技术的研究与开了放在极为重要的位置，投入了巨大的人力与物力。随着核技术以及高能物理的发展,无机闪烁晶体的应用领域不断拓宽,同时也对无机闪烁晶体提出了更多更高的要求。早在20 世纪80 年代,人们就注意到了CsI(Tl) 晶体的优点:发射光谱可与硅光二极管匹配,光产额高,辐照长度较NaI(Tl) 晶体短,机械性能好,是一种优良实用的闪烁晶体材料3。闪烁晶体是指一大类在放射线或原子核粒子作用下发生闪光现象的晶体材料。早在上世纪初，Crooks就利用ZnS闪烁体制成粒子探测器，它曾在卢瑟福提出原子模型的著名实验中发挥了重要的作用。由

3、此可见闪烁晶体的发展已经度过了一个世纪的漫长岁月。在早期，曾使用玻璃、塑料乃至液体闪烁材料4，5。而如今，无机闪烁晶体具有密度高、稳定和性能优良等显著特点，从而成为闪烁材料的发展主体，如碘化铯、锗酸铋(BGO)、钨酸铅等等6。但是闪烁晶体作为一种功能材料获得大量应用则是20世纪六十年代以后的事。当时在世界范围内陆续兴建的大型粒子加速器促成了闪烁晶体的大量应用而在七十年代初，X射线断层扫描相机(XCT)和正电子断层扫描相机(PET)的出现及其快速普及，更使闪烁晶体成为当今人工晶体材料领域中少数几种有重大经济效益的主流晶体之一7。 PET相机是将能发射正电子的同位素药物(示踪剂)注入人体，以闪烁晶

4、体为探测元件，获取示踪剂在人体内的三维分布及其随时间变化的信息。它是目前各类医学成像设备中技术水平最高、应用价值最大的设备。它的最大优势是能定量地评价人体组织的生理、生化功能，从而在分子水平上进行代谢功能研究和疾病的早期诊断如肿瘤、神经性疾病等。此外，它还是国际上公认的研究脑功能、心血管活动的重要工具。从技术上讲，PET对闪烁晶体要求很高，数量大，而且随着产品的升级换代有很大的发展空间。因此，医用闪烁晶体已经成为当前国际上十分热门的课题，一些世界级大公司、大机构纷纷斥巨资进行研究。二、研究的目的和意义闪烁晶体的发展正处于一个新的上升时期，这就给我国闪烁晶体的发展提供了一个极好的机遇。闪烁晶体是

5、我国的优势发展领域，近二十年来国内有关单位积极合作，参与国际竞争，“中国造”的闪烁晶体源源不断地送往多项国际工程，如欧洲核子物理中心(CERN)正负电子对撞机中的BGO晶体，日本Belle实验和美国Bahar实验中的CsI(Tl)晶体等。而中科院上海硅酸盐所向美国GE公司出口的PET晶体(BGO)已连续几年达到1亿元以上的销售额，为我国赢得了良好的国际声誉，并获得巨大的经济效益。但是，我们也应清醒地看到，我国的闪烁晶体研究，特别在新材料探索方面与国际水平仍有相当大的距离。以新一代PET用闪烁晶体开发为例，美国主要发展硅酸镥(Ce:LSO)，而欧洲则全力开发铝酸镥(Ce:LuAP)，而且他们对这

6、些新材料的PET应用申请了一系列专利，这就对我国今后生产的此类晶体进入欧美市场设置了专利壁垒。显然，面对激烈的国际竞争，加强原创性研究能力，已经成为我国闪烁晶体发展的当务之急!三、研究内容本课题研究的是闪烁晶体的参数测试方案，目的是测试闪烁晶体的闪烁发射波长、转换效率、闪烁衰减时间等参数。能量转化效率是表征闪烁体特性的一个基本参数。但由于闪烁晶体的能量转化效率绝对测定较复杂，通常多采用与标准闪烁体相比较而给出相对值，分别称为相对能量转换效率、相对光输出或相对光产额。本文测量闪烁晶体的能量转换效率、闪烁晶体的闪烁发射波长、闪烁衰减时间8，9。闪烁晶体的能量转换效率，对探测器的能量分辨率起重要作用

7、。首先要X射线的基本特性10，11，12，再利用X射线的波动性和晶体内部结构的周期性了解晶体X射线衍射13，14，15，并测量闪烁晶体的参数和特性。参考文献1 冯锡淇.神奇的闪烁晶体J .科学讲座.中国科学院上海硅酸研究所. 2003.072 李宗全. 晶体学与晶体结构M.浙江科学技术出版社. 2003,(2):483 陈纲，廖理几，郝伟. 晶体物理学基础（二）M. 科学出版社. 2007.7(3):24304 秦善. 晶体学基础M. 北京大学出版社. 2004, 1165 段晓峰,牛燕雄,张雏等.一维光子晶体的光学传输特性分析J. 光子学报,2003, (9):10861089 6 卜涛,

8、陈慰宗, 冯宇等. 一维光子晶体带隙随偏振光入射角的改变J. 光子学报，2002,31(9): 112811317 周公度. 晶体结构的周期性和对称性M. 高等教育出版社. 1992.58 万钧,张淳,王灵俊等. 光子晶体及其应用J.物理学报,1998,(7): 3933989 欧阳征标,李景镇,张道中等.多层光子晶体滤波器研究J.光学学报,2002,22(1): 7984 10 罗立强, 詹秀春, 李国会等M. X射线荧光光谱仪.化学工业出版社. 2008.01(11):15317511 梁钰. X射线荧光光谱分析技术M. 科学出版社. 2007.09 12 梁栋材. X射线晶体学基础M.

9、科学出版社. 2006.13 李树棠. 晶体X射线衍射学基础M. 冶金工业出版社. 1999.06 14 马礼敦. 近代X射线多晶体衍射M. 化学工业出版社.2004.09(2): 168815 刘粤惠, 刘平安. X射线衍射分析原理与应用M. 化学工业出版社. 2003.10 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和采用的研究手段（途径）：一、本课题要解决的问题是本课题是解决闪烁晶体的参数测试方案，是测试闪烁晶体的闪烁发射波长、转换效率、闪烁衰减时间等参数。能量转化效率是表征闪烁体特性的一个基本参数，通常多采用与标准闪烁体相比较而给出相对值，测量闪烁晶体的能量转换效率、闪烁晶体的闪烁发射波长、闪烁衰减时间。二、本课题拟采用的研究方法是查阅文献，理解晶体的光学转化及光谱测试技术的意义和目的，理解闪烁晶体的闪烁反射波长、能量转换、闪烁衰减时间的意义；了解闪烁晶体的基本参数特性及其分类，掌握闪烁晶体的发光机理；利用X射线的波动性和晶体内部结构的周期性了解晶体X射线衍射，并测量闪烁晶体的参数和特性；三、本课题拟采用的研究手段 利用X射线检测原理了解X射线与物质的相互作用，利用X射线通过闪烁晶体来测量闪烁晶体的基本特性及闪烁晶体的参数测试。四、本课题设计进度计划3月1日 3