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什么是闪烁晶体荧光光谱测试
发布时间:2019-02-21浏览:4233次

闪烁晶体荧光光谱测试

什么是闪烁晶体?

闪烁晶体到底是什么?可能很多人都没听过这个词,但其实,在我们的日常生活中并不陌生。闪烁体是一种当被电离辐射激发之后会表现出发光特性的材料,是将高能转换为可见光的一种典型光电转换材料,可用于辐射探测和安全防护,通常在应用中将其加工成晶体,称为闪烁晶体。

 

在医学上,闪烁体是核医学影像设备比如X光、CT等检查设备的核心部件。同时,在行李安检、集装箱检查、大型工业设备无损探伤、石油测井、放射性探测、环境监测等领域,闪烁体都发挥着不可替代的作用。

 

各种闪烁晶体

典型材料

目前市面上比较成熟且商业化的闪烁体有碘化铯(CsI:tl),NaI:tl),硅酸钇镥(LYSO:Ce),锗酸铋(BGO)和钨酸镉(CdWO4)等。

同时科学界也不乏对新型闪烁体材料的研究,2018年,西北工业大学的黄维院士、新加坡国立大学刘小刚教授、陈秋水博士以及福州大学杨黄浩教授等合作,发现了一种含有铯和铅重原子成分的全无机钙钛矿纳米晶闪烁体,其具有较强的X射线吸收能力、的三重态发光特征、可调控的电子能级结构以及较快的辐射发光速率。相关研究工作以“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”为题于Nature杂志在线发表。

 

在X射线照射下全无机钙钛矿纳米晶闪烁体的可调谐发光(数据截取自文章“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”)

典型闪烁晶体的参数特性

Properties/crystal

CsI (Tl)

NaI (Tl)

CsI(Na)

BGO

GSO

PWO

NPWO

CWO

ZnSe(Te)

Crystal structure

cubic

cubic

cubic

cubic

-

Tetragonal

Tetragonal

Tetragonal

-

Lattice constant( Å )

4.566

6.46

-

-

-

a = 5.416, c = 12.049

a=5,281, c=11,510

-

-

Melting point, °C

894

924

894

1050

1950

1123

920

1325

1773 - 1793

Density, g/cm3

4.51

3.67

4.51

7.13

6.71

8.28

7.57

7.9

5.42

Mohn hardness

2

2

2

5

6

3.5- 4.0(C)

4.9

4 - 4.5

-

Thermal expansion, 10-6/K

50

47.4

49

-

-

10

-

10.2

-

Refractive index

1.79

1.85

1.84

1.05-1.12

1.38

2.16

2.31

2.2 - 2.3

2.58 - 2.61 at 610 nm

Emission wavelength (nm )

560

410

420

300

440

450 / 420

520, Cherenkov eff.

470/540

610(fast), 640(slow)

Decay constant (ns )

1000

230

630

5

6

6

6

20 ns @ 470nm

1-3(fast), 30-70(slow)

5 ms @ 540 nm

Radiation length (cm )

1.86

2.9

-

-

-

0.92

-

0.3

-

Hygroscopic

yes

yes

yes

No

No

No

No

No

No

Afterglow % at 6ms

0.05 - 5.0

0.5 - 5.0

0.5 - 5.0

-

-

-

-

0.1

< 0.05

Effective atomic number

54

50

54

75

59

73

74

65

33

Light yield [photons/MeVy]

52- 56 x103

38 x 103

(35 - 42) x 103

-

-

22.6~ 25.6x 104

5% of BGO

1.2 - 1.5 x 104

8.0 x 104

Background, pulse/sec/kg

< 3.0

< 3.0

< 3.0

-

-

-

-

-

-

Crystal cleavage plane

none

-100

none

-

-

-101

-

-10

-

 

闪烁晶体的荧光光谱测试

既然说闪烁晶体是典型的光电转换材料,那么测试闪烁晶体的发射光谱就*了。此类材料主要用X射线做激发,用可见波段响应的探测器进行探测采集。

卓立汉光可提供一成套的闪烁体荧光光谱测试解决方案(系统包含:X射线光管,样品仓,光谱仪,光电倍增管(PMT),单光子计数器,提供铅盒、含铅玻璃等系统防护)。

客户案例

 

系统由氙灯、激发光谱仪、样品仓、发射光谱仪、探测器、数据采集器组成传统荧光光谱测量系统,另耦合小型X光管用于闪烁晶体激发。

 

选用美国MOXTEK 70KV 12W小型X光管对闪烁晶体进行激发,光源小巧且带散热,通过软件控制输出功率。
X射线激发样品实拍图


LYSO粉末发射蓝紫光

YAG粉末发射黄光


闪烁体荧光光谱测试全新设计
采用封闭式的铅盒包裹住样品和X射线,提供暗环境的同时防止射线泄露,保护测试人员。

 

采用光纤收集样品的荧光信号,可以完美地将荧光信号耦合到卓立汉光OmniFluo900系列稳态-瞬态荧光光谱仪或是单独的荧光采集模块中(单色仪+探测器)。

 
内置于铅盒的小型X光管

作为小型X光管制造商,Moxtek始终走在手持式小型X光管技术前列。我们可以提供不同靶材及外形尺寸。

Moxtek®MAGPRO系列 60KV & 70KV X射线光源,该系列X光管使用简单,一端接上电源线供电,另一端连接电脑USB,即可通过软件输入电流值、电压值控制X光管的输出;
60KV & 70KV X射线光源 参数特性

已销售客户列表:
中山大学、华南理工大学、深圳大学、西北工业大学、哈尔滨工程大学、中国计量大学、中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院海西研究院、松山湖材料实验室。

相关实测数据
锗酸铋(Bi4Ge3O12,BGO)晶体,X射线源:管电压:60KV,管电流:100uA

CsI块状样品,X射线源:管电压:60KV,管电流:100uA

氧化物薄膜闪烁晶体,X射线源:管电压:60KV,管电流:100uA

YLF晶体掺杂5%Ce离子,X射线源:管电压:60KV,管电流:100uA

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