籽晶保护条件下铈掺杂溴化镧晶体生长及其性能

为定向生长出铈掺杂溴化镧（LaBr3:Ce）晶体,改进了坩埚下降法,并在籽晶接种过程引进冷却气体的保护装置。生长出的LaBr3:Ce晶体在137Cs放射源辐照下,其能量分辨率为3.08%,衰减时间为20.1 ns。采用多通道DRS4采集系统,以XP20D0型光电倍增管耦合 Ф 20 mm×5 mm 溴化镧器件作为开始道探测器,H8500型光电倍增管耦合LaBr3:Ce阵列作为被测停止道探测器,放射源为22Na（511 keV）。制备了6×6的LaBr3:Ce阵列,单根晶体条的尺寸为2 mm×2 mm×15 mm。利用数字化波形分析法,获得阵列的清晰二维散点图和一维位置谱,阵列x和y方向的位置分辨率分别为1.01 mm和0.89 mm。制备出的LaBr3:Ce晶体具有优异的能量分辨率和位置分辨率,可以应用于PET等医学成像技术领域。     

钨酸铅晶体闪烁性能的测试

钨酸铅（ＰｂＷＯ４）晶体的发光产额很低，用通常的方法测量其发光产额会引入较大误差。文中介绍了用单光电子脉冲幅度刻度方法对ＰｂＷＯ４发光产额进行测量，可以在实验室条件下利用常见放射源得到比较准确的结果。并给出了用此方法对几种ＰｂＷＯ４样品的发光产额进行测量的实验结果。同时还报告了对这几种样品的发光衰减时间常数及其相对发光强度的测量结果。     

用单光电子脉冲幅度刻度方法测量钨酸铅晶体发光产额

钨酸铅晶体的发光产额很低，用通常的方法测量其发光产额会引入较大误差。本文介绍了用单光电子脉冲幅度刻度方法对ＰｂＷＯ４发光产额进行测量，可以在实验室条件下利用常见放射源得到的比较准确的结果，并给出了用此方法对几种ＰｂＷＯ４样品的发光产额进行测量的实验结果。     

面向辐射环境监测的反康普顿γ能谱仪蒙特卡罗模拟研究

使用蒙特卡罗软件Geant4设计模拟了一套用于核事故等辐射环境监测的反康普顿γ能谱仪.主探测器采用HPGe探测器,选择新型闪烁体晶体LaBr3(Ce)作为次级探测器.利用Geant4对探测器系统进行模拟优化,确定最佳的探测器尺寸和结构.模拟的γ射线能量范围从500到1500keV.结果表明,增加主体LaBr3(Ce)晶体厚度能显著提升康普顿抑制系数,当主体LaBr3(Ce)晶体厚度达到60mm时,提升效果明显减弱;在HPGe探测器的后方添加LaBr3(Ce)晶体也能一定程度提升抑制效果,而在HPGe探测器的前方增加LaBr3(Ce)晶体厚度对康普顿抑制系数的提升非常有限.在最优化条件下模拟测量了放射性核素I-131,Cs-134,Cs-137和K-40,对发射单能γ射线的Cs-137和K-40康普顿抑制效果很好,对存在级联衰变的I-131和Cs-134抑制效果相对较弱.     

大尺寸PbWO4:Y晶体光谱性能的均匀性研究

报道了用改进的布里奇曼(Bridgmam)法生长的大尺寸PbWO4:Y晶体光谱性能均匀性的研究.通过对依次切自大尺寸PbWO4:Y毛坯晶体的籽晶端、中间部位和顶端三块晶体(24 mm×24 mm×24 mm)的透射光谱、X-ray激发发射光谱、发光衰减寿命、光产额和辐照损伤等方面的光谱性能测试,表明了Y掺杂能显著改善PbWO4晶体的光谱性能,使晶体在短波330～420 nm范围的透过率明显提高,抗辐照能力增强.     

利用过零时间法n-γ甄别的快中子能谱仪

本文报告了一台测定能区为1—15Mev的快中子能谱仪.它以过零定时法进行脉冲形状甄别,对~(88)YΥ~源的Υ甄别效率为99.8%;以φ28×21mm芪晶体作闪烁体;以DARIO56AVP光电倍增管收集光脉冲:光电倍增管由两个高压电源作桥式供电.对14Mev 中子的能量分辨率为6.5%,效率大于5%.在150KV中子发生器上与氘束成45°角方向测出的T(d,n)反应的中子能量为14.42Mev;测量了~(252)Cf自发裂变中子谱,得出核温度为1.47Mev:同时还测量了~(241)Am/Be源发射的中子谱.     

口袋式伽马能谱仪研制

便携式伽马能谱仪在野外探矿、环境辐射监测和科学实验等领域被广泛应用.为了进一步缩小便携式能谱仪的体积,提高其能谱性能,从而扩展其应用领域,本文基于最新的闪烁晶体材料、半导体光电转换器件和高性能微处理器,开展了新一代便携式伽马能谱仪研究.在探测器设计方面,采用GAGG:Ce晶体耦合SiPM阵列成功设计并制作了高效率、高能量分辨率的紧凑型能谱探头;在数据采集电路方面,采用高性能ARM处理器及其自带ADC外设替代FPGA+ADC的传统电路架构,并设计专用的信号处理ARM程序,实现了在线能谱测量,并极大的减小了电路尺寸和系统功耗.综上所述,本文基于GAGG:Ce晶体耦合SiPM并搭配ARM处理器,成功研制了一款低成本、小体积、低功耗、高性能的口袋式能谱测量仪.整个能谱仪的体积仅为80 mm×40 mm×40 mm,重量为200 g;经过实验测试,能谱仪的工作功率为481 mW,能自带电池工作26小时;能谱响应线性拟合优度为0.996,能量分辨率为5.2%(@662 keV).     

闪烁晶体阵列中光子输运过程的Monte Carlo模拟

为了验证MicroSPECT系统的探测器的设计方案,使用DETECT2000进行闪烁晶体内光子输运过程的Monte Carlo模拟。MicroSPECT系统探测器部分使用4个探测面积为49 mm×49 mm的位置灵敏光电倍增管H8500拼接组成。与之配合的闪烁晶体阵列的面积为103.75mm×103.75mm,像素大小为1.45mm×1.45mm。电子学电路通过位置权重法计算闪烁事件发生的位置。结果表明,闪烁晶体阵列中有效成像像素为55×55,且光电倍增管的拼接部分仍然具有探测能力,初步证明了该系统设计的可行性。     

电子激发的短时发光衰落过程

本文用阴极射线发光仪,测量了ZnO:Zn发光衰落过程。发现它是由两种指数式发光过程组成的,其衰落时间常数分别为7.3×10~(-8)Sec和3.6×10~(-7)Sec。我们用发光中心二次发光的发光模型,定性地解释了ZnO这种发光现象。同时还测量了Sr~(90)的β射线激发的晶体的NaI:Tl发光衰落过程,并将测量结果和其他作者数据作了比较。     

低放射性本底LaCl_3∶Ce晶体闪烁性能（英文）

使用锕系同位素含量低的原料制备了具有低放射性本底的10%Ce~(3+)掺杂氯化镧(LaCl_3∶Ce)样品。在制备的LaCl_3∶Ce晶体中,天然锕系放射性同位素的放射性本底约为0.713 counts·s–1·cm–3。对于662 keVγ射线,LaCl_3∶Ce晶体的能量分辨率(FWHM)为3.3%。此外,与相同尺寸?25 mm×50 mm的NaI∶Tl晶体相比,LaCl_3∶Ce晶体的峰谷比、相对光输出和峰值计数率分别为2.61倍、87.88%和1.96倍,并对晶体尺寸对LaCl_3∶Ce晶体的闪烁性能的影响进行了讨论。     

具有间隙反射膜的稀疏SiPM阵列PET探测器性能评估

正电子发射断层成像仪(positron emission tomography,PET)通常采用模块化闪烁探测器,由闪烁晶体阵列耦合光电传感器阵列构成。近年来硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SiPM)广泛应用于PET。虽然SiPM紧密排列可以获得较好性能,但是稀疏排列可以有效降低成本,获得较高性价比。该文采用SensL公司MicroFB-30035-SMT芯片自主拼接了一款8×8的稀疏SiPM阵列,阵列面积为33.7mm×33.7mm,SiPM芯片尺寸为3.16mm×3.16mm,即阵列间隙面积比例为44%。基于该稀疏SiPM阵列,开发了一款具有作用深度信息的双层错位LYSO晶体PET探测器模块。SiPM间隙为探测死区,将造成光损失。该文评估了在SiPM间隙粘贴增强型镜面反射膜(enhanced specular reflector,ESR)后对探测器性能的影响。在室温下采集了有无间隙反射膜2种情况下的泛场图像。开发了定量评估方法,评估了探测器的光电峰、能量分辨率和晶体响应均方根误差。结果表明:SiPM间隙粘贴反射膜提高光收集量25.5%,将探测器的能量分辨率由13.48%优化到12.80%;泛场图像质量也有了提升,即改善了探测器固有空间分辨率。     

医疗CT用(Ce,Gd)_3(Ga,Al)_5O_(12)(Ce:GGAG)闪烁体的研究进展

(Ce,Gd)_3(Ga,Al)_5O_(12)(Ce:GGAG)属于石榴石结构立方晶系,密度高(～6.7g/cm~3),有效原子序数大(55),对高能射线吸收能力强,用Bartram-Lempicki模型计算其理论光产额可达73 500 pho/MeV,是目前发现的光产额最高的氧化物闪烁材料,且能量分辨率极佳(4.6%@662 keV,FWHM)。此外,研究工作还表明,经高剂量辐射后的Ce:GAGG晶体的抗辐照损伤性能与硅酸盐闪烁材料相比有较大优势,因而受到了国内外的广泛关注和研究,被认为是理想的新一代高性能CT探测器用闪烁材料。综述了近年来国内外Ce:GGAG闪烁体的研究进展,包括粉体、薄膜、陶瓷、晶体的制备,微结构和光学表征,组份调控与性能优化以及器件成像等。     

强脉冲X射线场中散射能谱获取方法

通过对X射线与物质相互作用后产生的散射能谱的分析,可实现物质原子序数的提取,并可用于核材料等违禁品的探测。然而,高能X射线的特性对探测系统的屏蔽和时间响应提出了要求。该文提出了一种能够对脉冲X射线的散射能谱进行采集的实验方案:以LaBr3(Ce)晶体为X射线探测器来实现<100ns的散射光子分辨时间,以减少在5μs脉冲出束时间内的脉冲堆积问题;利用120MHz/14位的高采样率ADC(analog-digital converter)电路来采集前放电路的输出脉冲波形,并设计相应的离线算法将该波形数据重建为散射能谱;设计了合适的屏蔽结构,减少了来自加速器靶点的直接透射X射线和环境散射X射线对探测器的影响。利用该方案对11种具有不同原子序数的物质进行了测量,得到了它们的散射能谱,在511keV峰能量分辨率可达到5%左右。     

Ce:KNSBN晶体正交偏振写入光两波耦合特性

研究了Ce:KNSBN晶体在正交偏振光记录条件下体光栅的两波耦合特性.实验测量了两波耦合增益系数随泵浦光偏振方向与入射面夹角φ的变化规律,当夹角φ等于20°或160°时,光栅具有最大耦合增益系数.给出了增益系数随夹角φ变化规律的数值计算结果.数值计算结果与实验测量结果较好地吻合.     

用于激光等离子体X射线诊断的谱仪

为了诊断波长为0.5～0.8 nm的激光等离子体X射线,研制了一种新型的高空间和光谱分辨率的晶体谱仪.采用2个不同分光计材料、不同形状且相互垂直分布的通道可以同时获得谱线的空间和光谱分辨率.利用成像板接收光谱信号,其有效接收面积为30 mm×80 mm.讨论晶体基本参数和给出了谱仪设计参数.在中国工程物理研究院激光聚变研究中心的20 J激光器装置进行实验,两个方向的成像板同时获取得到了Al激光等离子体X射线光谱,其中水平通道的PET平面晶体获取的空间分辨率为1.73～6.88 mm,而垂直通道的Mica球面弯晶得到的光谱分辨率达到1 000～1 500.实验结果表明该谱仪适合于激光等离子体X射线的光谱学研究.     

LaCl3:Ce晶体的拉曼光谱

掺铈氯化镧(LaCl3:Ce)闪烁晶体具有高光输出和快衰减特性,是目前作为甄别γ射线和中子、精确测量γ射线能量的最佳闪烁晶体。测量研究LaCl3:Ce的结构及振动模式有着重要的意义,在简单介绍有关拉曼散射基本理论,对氯化镧晶体结构与振动模式分析的基础上,利用实验测定结果讨论掺铈对氯化镧拉曼光谱的影响。     

一种新的电光系数的测量方法研究

确定电光晶体的电光系数通常的方法是把电光晶体加工成规则的长方体进行测量.本文主要介绍如何对不规则形状立方氮化硼(cBN)晶体的电光系数的测量方法.cBN晶体是一种人工合成晶体,宏观点群对称性属于Td群,能够产生线性电光效应.但是合成的cBN晶体体积小,大约只有0.3mm×0.3mm×0.1mm,其硬度仅次于金刚石,不易将其加工成规则的长方体.根据cBN晶体的实际情况,进行理论推导,得到了适应于不规则形状的cBN晶体的线性电光系数的测量方法,并以此为指导,进行了实验测量,得到了cBN晶体的线性电光系数γ41=1.17×10-14m/V.     

超高速微小碎片激光测速系统研制及应用

地面超高速模拟实验是研究微小空间碎片撞击效应经济有效的手段,其中等离子体加速器为微米量级碎片的主要地面模拟设备.本文研制了在等离子体驱动微小碎片加速器系统并应用于高速飞行微粒速度测量的激光测速系统.该激光测速系统工作原理是.利用主动激光照明,在颗粒飞行路径上形成光墙,通过检测颗粒通过光墙形成的散射激光,得到微粒到达光墙的时间,利用飞行时间法进行高速微粒速度测量.在激光测速系统原理测试实验中,采用信号响应上升时间小于10 ns,电子渡越时间小于20ns的高灵敏、快响应的光电倍增管,原理试验测得该探测系统的响应时间仅为约70 ns.该响应时间小于速度为15 km/s的颗粒通过3～5mm厚度的片状激光束的理论时间,并验证了该系统灵敏度高、响应时间快的特点,可以满足超高速微粒(8～20 km/s)通过3～5 mm激光墙的时间阈值(约0.1 μs)的需求.目前,激光测速系统已经应用于等离子体加速器发射超高速微粒的试验中,能有效测量等离子体加速器所发射的高速微粒的群速度,对15 km/s及以上速度的超高速颗粒亦能捕捉到有效信号,实现对微粒速度的测量,达到了良好的预期效果.在等离子体微小碎片加速器上开展的超高速撞击试验中,激光测速系统能够实现无损在线速度测量,对等离子体加速器上开展的超高速撞击试验提供了重要帮助.     

基于多通道计数器的单态氧发光检测技术

在分析现有光子计数技术的基础上,提出了基于多通道光子计数的单态氧(1O2)发光检测技术.利用光电倍增管H10330-45和多通道计数器MSA-300,成功开发了用于检测1O2发光的系统.实验测量了3种卟啉类光敏剂喜泊分、血啉甲醚和癌光啉在二甲基甲酰胺中的1O2发光时间分辨光谱,并得到了它们的1O2寿命分别为:11.31±0.06,10.88±0.06,11.65±0.07μs.结果表明多通道计数器可应用于检测1O2近红外发光.     

白光LED用Ce:YAG晶体的下降法生长和光谱性能

采用真空坩埚下降法生长了白色发光二极管(LED)用Ce:YAG晶体,该生长方法所得晶体的Ce3+掺杂浓度较高,相对色温(3 751K)低于传统方法所生长的Ce:YAG晶体,其激发峰是位于460nm左右的宽峰,与蓝光LED的发射波长相匹配,有望代替黄色荧光粉用于白光LED.随驱动电流增加,白光LED的发光效率逐渐降低,相对色温几乎不变.在100mA时,白光LED显色指数达到最大值.