光电子幻灯片

光电子幻灯片第1页，共16页，2023年，2月20日，星期日有关闪烁玻璃的相关知识闪烁体是一种发光体。发光就是物体内部以某种方式把吸收的能量转化为光能的过程，发射出的光子的能量比激发能量低。某些材料在放射线(X射线,γ射线等)或高能粒子(强子，电子，质子等)作用下能产生脉冲光，这种现象称为闪烁现象，我们把这种材料称为闪烁体。第2页，共16页，2023年，2月20日，星期日闪烁体分类闪烁体按状态分为气态闪烁体、液态闪烁体和固态闪烁体。固态闪烁体分为无机固态闪烁体和有机固态闪烁体。玻璃闪烁体属于无机固态闪烁体的一种。第3页，共16页，2023年，2月20日，星期日各种闪烁体的闪烁性能有机晶体闪烁体虽然反应快、发光效率较高，但是制备困难、价格较高、综合性能也不是很好，应用并不普遍。玻璃闪烁体衰减时间约0.1μs，发光效率较低，但是制作简单、成本低、透明度高、化学性质稳定，可用来测量中等能量中子、慢中子、ɑ粒子、X射线等。第4页，共16页，2023年，2月20日，星期日

研究意义近年来，随着人类活动领域的扩大和科学技术水平的提高，对闪烁材料的性能亦提出了新的要求。例如二十世纪九十年代中期大型强子对撞机(LHC)和超级超导对撞机(SSC)的问世要求对电子、正电子和光子能量进行精确测量的新一代高性能电磁量能器，要求闪烁体具有很高的时间分辨率(ns)，并具备更高的耐辐射能力才能保证在此严酷环境下有较好的能量分辨率和稳定的光输出第5页，共16页，2023年，2月20日，星期日考虑到新一代量能器所需闪烁体的体积通常有几十立方米之巨，制作成本成为一个不容忽视的重要因素。近年来，虽然一些闪烁晶体相继在高能物理和地球探测等领域获得成功应用，但却因制作成本很高，大批量和大尺寸生产难度上受到限制闪烁玻璃则由于制备过程的简单，尤其是传统成型技术，如模压、热压和挤压技术的应用，显著降低了大型闪烁体的制备成本。玻璃闪烁体的研究引起了人们越来越浓厚的兴趣第6页，共16页，2023年，2月20日，星期日闪烁玻璃与闪烁晶体相比，闪烁玻璃有很多优点:

1玻璃制备方法简单，成本低廉;2玻璃的化学组成可以在很宽的范围内改变，可以制备出各种闪烁性质不同的闪烁玻璃;3掺入的激活剂的种类和数量不太受限制并且在玻璃中的分布是均匀的，从而保证了闪烁体不同部位的闪烁性能是一致的;4容易制得大尺寸的闪烁玻璃;5可以制成闪烁纤维;6光学性质比较容易得到保证。第7页，共16页，2023年，2月20日，星期日

闪烁玻璃应用方向

大尺寸、高亮度掺Tb3+硅酸盐闪烁玻璃的研制，不尽有助我们打破国外在大尺寸、高亮度X射线闪烁屏方面对我国的限制，提高X射线闪光照相的测量灵敏度。而且还可以应用于高能物理、核物理、放射物理、天体物理、地球物理、航空工业、核医学、生物医学成像、材料探伤、探矿、工业探测、安全检查及保安工程、高清晰度数字辐射成像等许多领域，具有广阔的推广应用前景。第8页，共16页，2023年，2月20日，星期日1高能物理领域，高能物理中需要闪烁体的尺寸和数量都很大。2核物理领域，长期以来，核物理研究中需要探测器。3核医学领域中，闪烁体是高性能正电子湮没断层扫描成像(PET)探测器的关键材料。4工业CT继计算机断层扫描(CT)技术在医疗诊断上获得应用后，CT技术工业应用的发展引人注目。5石油勘探领域多年来，闪烁体一直在石油勘探领域得到广泛应用，这主要取决于其出色的发光性能和较小的温度效应。6探测太阳中微子第9页，共16页，2023年，2月20日，星期日

研究进展1972年，Richard等人率先研制出适用于高能X射线(50-120kV)激发的Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃，但该闪烁玻璃的光产额较低，并且存在严重的余辉。但由于该工作没有涉及发光余辉对分辨率的影响，因而未能得到实际应用。中国建筑材料科学研究院玻璃所祖成奎等人首先开展了Tb3+激活硅酸盐发光玻璃的研究，并取得了卓有成效的成果。第10页，共16页，2023年，2月20日，星期日 祖成奎等人将研制的发光玻璃制成X射线CCD摄像系统的转换屏，与Gd2O2S:Tb多晶屏作使用性能的比较，在相同条件下检测同一物品，周围的圆光环为金属壁的反射光，屏中间亮带为X射线照射域，横的暗影为铁板后的金属条，其中的亮斑为铁板上的开孔。比较可以看出，玻璃屏的发光强度较多晶屏大幅度提高，成像清晰度好，噪声干扰小。第11页，共16页，2023年，2月20日，星期日

理想的闪烁体应该满足的条件有较大的阻止本领，使入射的粒子能在闪烁体中损耗较多的能量.有较大的发光效率使闪烁体对本身发出的荧光是透明的，即对自身发射的荧光吸收少有合适的折射率，使产生的荧光在传输过程中尽量少的光损失，并且光学均匀性好，没有几何缺陷具有较短的发光衰减周期:易于加工成各种形状和大小;在放射源长期照射下，性能仍保持稳定。第12页，共16页，2023年，2月20日，星期日尽管对Tb3+激活的发光玻璃进行初步研究并取得了一定成就，但因发光玻璃是一种新型材料,目前闪烁玻璃的研究仍处于探索阶段。各种高密度、耐辐照性能优异以及衰减时间快速的闪烁玻璃都有了许多相关的报导,但考虑闪烁体的综合性能,还不尽如人意,尤其是在光产额方面,还有待进一步加强。许多测试手段和实用化生产条件都不能满足要求，深一步研究较为困难，很难实现实用化生产。第13页，共16页，2023年，2月20日，星期日掺Tb3+硅酸盐纳米闪烁玻璃研究路线玻璃熔化的过程：第一阶段---硅酸盐的形成。大多数玻璃的这个阶段是在800℃一900℃时完成的。第二阶段---玻璃的形成。这一阶段是在1200℃一1250℃时完成的。第三阶段---澄清。大多数玻璃的这个阶段在1400℃一1500℃时成的。第四阶段---均化。此阶段是在比澄清温度略低的温度下完成的第五阶段---冷却。 将玻璃液的温度降低200℃一300℃以使玻璃具有成型必须的粘度。然后根据需要制成各种产品。第14页，共16页，2023年，2月20日，星期日

研究侧重方向 研究将以提高掺Tb3+硅酸盐新型闪烁玻璃的光产额为主线，在实验过程中通过各种光谱分析，解释玻璃能量传递过程及其组分、结构与发光性能的关系，在其基础上优化玻璃基质、敏化剂和发光剂等组分配比，改进熔制温度、保温时间、气氛和热处理工艺条件，通过放大实验，研制大尺寸、高均匀性、高亮度的X光闪烁玻璃。第15页，共16页，2023年，2月20日，星期日

总结掺Tb3+硅酸盐纳米闪烁玻璃具有良好的机械加工性能和稳定化学性质，在高能探测性能方面又具有相对的高密度