非氟鹵化物閃爍晶體的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
時(shí)間：2020-08-25
《人工晶體學(xué)報(bào)》2020年第5期重磅推出北京玻璃研究院張明榮教授關(guān)于非氟鹵化物閃爍晶體方面的特邀綜述文章。作者以自我多年來(lái)的潛心鉆研和深厚的學(xué)術(shù)功底，對(duì)不同類型的非氟鹵化物閃爍晶體的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。下面就讓小編帶您深入到非氟鹵化物閃爍晶體的世界。
張明榮. 非氟鹵化物閃爍晶體的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].人工晶體學(xué)報(bào), 2019, 49(5): 753-770.
自從1948年美國(guó)科學(xué)家羅伯特·霍夫斯塔特（Robert Hofstadter）發(fā)現(xiàn)NaI:Tl晶體以來(lái)，已有多達(dá)230種以上的無(wú)機(jī)閃爍晶體被發(fā)現(xiàn)、研究和報(bào)道，其中鹵化物閃爍晶體的占比高達(dá)3/4以上。由于NaI:Tl晶體具有非常高的光輸出（40000 ph/MeV），被公認(rèn)為評(píng)價(jià)其它閃爍晶體發(fā)光效率的參比晶體。70余年來(lái)，由于應(yīng)用的需要和技術(shù)的發(fā)展，閃爍晶體品種經(jīng)歷了20世紀(jì)50~60年代末以鹵化物為主，到70~90年代后期以氧化物和氟化物為主，再到21世紀(jì)后以非氟鹵化物為主的發(fā)展過(guò)程。NaI:Tl晶體的主導(dǎo)地位，也隨著1999年LaCl3:Ce晶體的出現(xiàn)，特別是2001年LaBr3:Ce晶體的問(wèn)世，遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。
為方便評(píng)述，作者在文章中將+1價(jià)、+2價(jià)、+3價(jià)、+4價(jià)的金屬元素分別用A、M、R和T表示，其鹵化物的通式分別為AX、MX2、RX3和TX4，根據(jù)化學(xué)組成的特點(diǎn)將非氟鹵化物閃爍晶體劃分為AX、MX、RX3、AMX3、A2MX4、A4MX6、AM2X5、ARX4、A2RX5、A2A'RX6、A3RX6、A2TX6型閃爍晶體，并對(duì)以上不同類型的閃爍晶體的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的解讀。著重介紹了其中光輸出高于40000 ph/MeV的γ射線探測(cè)用閃爍晶體以及光輸出高于20000 ph/MeV的中子和γ射線雙探測(cè)的閃爍晶體。
文中的大量表格是作者幾十年來(lái)對(duì)非氟鹵化物閃爍晶體研究狀況總結(jié)的高度濃縮，對(duì)閃爍晶體研究和從業(yè)人員具有重要的指導(dǎo)意義。（限于篇幅，這里僅示出幾個(gè)有代表性的表格）
圖1 美國(guó)田納西大學(xué)閃爍材料研究中心在多坩堝晶體爐內(nèi)同時(shí)生長(zhǎng)出來(lái)的3塊Φ1"的KCaI3:Eu晶體毛坯
圖2 北京玻璃研究院研制的Φ55 mm的CLYC晶體毛坯
——非氟鹵化物閃爍晶體的研究現(xiàn)狀
(1)單一非氟鹵化物晶體
(2)AX和MX2組成的非氟鹵化物晶體
(3)AX和RX3組成的非氟鹵化物晶體
(4)AX和TX4組成的非氟鹵化物晶體
(5)中子和γ射線雙探測(cè)用鋰基非氟鹵化物晶體
——非氟鹵化物閃爍晶體的發(fā)展趨勢(shì)
(1)高性能γ射線探測(cè)用非氟鹵化物閃爍晶體
(2)中子和γ射線雙探測(cè)用非氟鹵化物閃爍晶體
(3)非氟鹵化物晶體的生長(zhǎng)方法
(4)非氟鹵化物閃爍晶體新品種的探索
非氟鹵化物閃爍晶體以光輸出高、能量分辨率優(yōu)異和能量響應(yīng)線性好見(jiàn)長(zhǎng)，是其它無(wú)機(jī)閃爍體包括閃爍玻璃、閃爍陶瓷、氟化物閃爍晶體和氧化物閃爍晶體，有機(jī)閃爍體包括塑料閃爍體、有機(jī)閃爍晶體，以及液體閃爍體都不能比肩的。在核電站環(huán)境監(jiān)測(cè)、混合輻射場(chǎng)測(cè)量、退役核設(shè)施監(jiān)管、地質(zhì)勘探、工業(yè)測(cè)控、安全檢查以及核物理和空間科學(xué)研究中，高性能的非氟鹵化物閃爍晶體，例如SrI2:Eu、CaI2:Eu、BaBrI:Eu、KCaI3:Eu，KSr2I5:Eu、CsBa2I5:Eu，KSr2I5:Eu，KBa2I5:Eu、LiSr2I5:Eu、LiCa2I5:Eu等碘化物閃爍晶體以及LaBr3:Ce、LaBr3:Ce,Sr、CeBr3等溴化物閃爍晶體，將會(huì)倍受青睞，可能很快走向應(yīng)用或進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。所以我國(guó)閃爍晶體研發(fā)單位和使用單位需要更加關(guān)注和重視非氟鹵化物閃爍晶體的發(fā)展動(dòng)向。
······
可喜的是，我國(guó)在生長(zhǎng)非氟鹵化物晶體所必需的高純無(wú)水原料的制造方面，包括有關(guān)稀土金屬、堿金屬和堿土金屬的氯化物、溴化物和碘化物等高純無(wú)水原料的制備技術(shù)都已取得重大突破，其中的許多原料都能夠研制甚至批量生產(chǎn)，可以不必從國(guó)外進(jìn)口了。高純無(wú)水非氟鹵化物原料實(shí)現(xiàn)自給，不僅為我國(guó)科研人員生長(zhǎng)和研究新的閃爍晶體提供便利，也為今后非氟鹵化物閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)化打下了良好的基礎(chǔ)。希望有更多的單位更多的青年才俊加入到非氟鹵化物閃爍晶體的研發(fā)隊(duì)伍中來(lái)，更希望在不久的將來(lái)我國(guó)閃爍晶體原創(chuàng)工作甚少的局面能夠被打破——誕生出許多我國(guó)自己的非氟鹵化物晶體新品來(lái)。
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