小料科普多彩的人工晶体系列闪烁晶体-片头模版

本日小料要和大家科普的是

另一种多彩的人工晶体——闪烁晶体

我们之以是能看到五彩缤纷的天下，是由于眼睛能吸收周围物体发出或反射的可见光，但这仅仅是天下的一小部分。
自然界中还存在着许多肉眼看不见的高能射线或粒子，乃至普通的传感器也无法直接探测到，人们必须借助一类被称为闪烁体的分外材料，才能感知到它们的存在。

什么是闪烁晶体

闪烁晶体是一种能将Χ、γ射线或其它高能粒子的能量转变成可见光或紫外光的功能晶体材料，被人们形象地比喻为能看得见高能射线或粒子的“眼睛”。
闪烁晶体探测过程如下图所示，首先由放射源产生的Χ或γ射线入射到闪烁晶体上，射线被闪烁晶体接管产生闪烁光，然后由光探测器将光旗子暗记转变为电旗子暗记，再对电旗子暗记采集、存储和显示，从而实现对这些不可见高能射线或粒子的能量、动量、方向和持续韶光等诸多物理参量的精准丈量。

闪烁晶体探测过程示意图

自1948 年创造掺铊碘化钠（NaI:Tl）晶体的闪烁效应以来，国内外环绕闪烁晶体的成长、性能和运用开展了广泛而深入的研究，科技事情者们陆续研发出几百种无机闪烁晶体。
根据晶体的化学身分可分为两大类：一类是氧化物闪烁体，如锗酸铋（BGO）、钨酸铅（PWO）、掺铈硅酸钇镥（LYSO:Ce）和掺铈钆镓铝石榴石（GAGG:Ce）等，它们具有密度高、衰减韶光短和化学稳定性好的特点；第二类是卤化物闪烁体，如NaI:Tl、掺铊碘化铯（CsI: Tl）、掺铈溴化镧（LaBr3:Ce）和氟化钡（BaF2）等，它们大多具有低熔点、小的禁带宽度和非常高的发光效率，可以同时得到好的能量分辨率和韶光分辨率。

闪烁晶体的运用

闪烁晶体与人们的生活息息相关，在安检、核医学成像、地质勘探、工业无损探伤、高能物理和环境监测等领域具有广阔的运用市场，是当现代界晶体材料领域中具有重大经济效益的主流晶体之一，家当规模仅次于半导体晶体和光学晶体。
例如，在机场和地铁等场所广泛利用的行李安检机便是利用闪烁晶体探测穿透行李包的X射线，从而实现不开箱查验枪械、牵制刀具等违禁物品，从而担保搭客的安全。
在医院，利用闪烁晶体探测注入人体内的放射性示踪剂产生的高能伽马射线，在PET/CT机上获取人体的功能和代谢显像，代谢率高的组织或病变呈亮旗子暗记，代谢率低的呈暗旗子暗记，通过图像年夜夫可以快速诊断出人体各器官的病变、肿瘤组织的大小和位置，用于癌症、肿瘤的早期诊断和治疗。
在油田，利用闪烁晶体得到地层放射性物质含量和种类分布等数据，从而判断地层油气含量和位置。
我国发射的嫦娥二号卫星利用闪烁晶体对月球表面大型撞击坑及其周围溅射物放射性元素含量进行探测，从而深入研究月球地质历史，为月球的开拓利用供应有关的资源分布数据。

行李安检机（左）和PET/CT（右）

石油测井（左）和嫦娥二号卫星（右）

晶体院闪烁晶体

晶体院闪烁晶体的研制始于1980年，先后承担了国家“六五”科技攻关、“九五”“十一五”“十二五”专项配套、2017年国家重点研发、国家科技部科研院所技能开拓研究专项帮助、朝阳区企业研发投入帮助等多项科研任务。
在海内首次采取热锻工艺研制成功NaI:Tl闪烁晶体，铸造出的NaI:Tl晶体不仅几何形状得到改变，而且机器强度和抗热冲击性能大大优于单晶，同时材料的透光性能、发光特性、红外和紫外光学性能均可与原来的单晶相媲美，可加工性也得到显著提高，冲破了当时大尺寸、异形NaI:Tl闪烁晶体国外技能垄断的局势，补充了海内空缺，该成果获建材行业部级科技进步二等奖。
研制的NaI:Tl晶体成功运用于2008年奥运安检和大型安检门，产品还广泛运用于石油测井、γ射线摄影机、同位素治疗和工业CT等辐射探测领域。
目前，可根据用户利用和图纸哀求生产各种规格NaI:Tl晶体，知足高温和抗震等哀求。

NaI:Tl晶体（左）和探测器（右）

大型安检门用NaI:Tl探测器

“十一五”和“十二五”期间，与中科院上海硅酸盐研究所互助研制的CsI:Tl晶体，冲破了国外技能垄断。

CsI:Tl晶体照片

近年来，环绕国家重大科学工程以及行业和市场发展趋势，在国家重点研发操持的支持下，晶体院开展了LaBr3:Ce和GAGG:Ce等新型闪烁晶体和元器件的研制。
LaBr3:Ce晶体具有光输出高、能量分辨率高、衰减韶光短等优点，是目前已知闪烁性能最精良的晶体，在空间物理、核医学成像、环境检测等领域具有广阔的运用市场。
我国发射的“嫦娥二号”卫星γ射线谱仪采取了LaBr3:Ce闪烁探测器，与“嫦娥一号”闪烁探测器比较，能量分辨率提高了1倍多。
其余，基于高的光输出和极短的衰减韶光，LaBr3:Ce晶体被认为是未来翱翔韶光-正电子发射断层成像（TOF-PET）优选闪烁晶体。
GAGG:Ce闪烁晶体具有光输出高(已知氧化物晶体最高)、能量分辨率高、衰减韶光短、不潮解等的优点，在核医学成像、高能物理等领域具有潜在的运用市场。
目前已打破了直径2英寸无开裂LaBr3:Ce和GAGG:Ce晶体成长和元器件制备等关键技能，申请发明专利4项，制订行业标准1项。

LaBr3:Ce晶体（左）和GAGG:Ce晶体（右）

闪烁晶体极大地拓展了人类的视野，也必将为人们的美好生活闪烁出更加多彩的光芒。

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