非氟鹵化物閃爍晶體的研究現狀和發展趨勢
時間：2020-08-25
《人工晶體學報》2020年第5期重磅推出北京玻璃研究院張明榮教授關于非氟鹵化物閃爍晶體方面的特邀綜述文章。作者以自我多年來的潛心鉆研和深厚的學術功底，對不同類型的非氟鹵化物閃爍晶體的研究現狀進行了綜述，并對其未來發展進行了展望。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狀和發展趨勢[J].人工晶體學報, 2019, 49(5): 753-770.
自從1948年美國科學家羅伯特·霍夫斯塔特（Robert Hofstadter）發現NaI:Tl晶體以來，已有多達230種以上的無機閃爍晶體被發現、研究和報道，其中鹵化物閃爍晶體的占比高達3/4以上。由于NaI:Tl晶體具有非常高的光輸出（40000 ph/MeV），被公認為評價其它閃爍晶體發光效率的參比晶體。70余年來，由于應用的需要和技術的發展，閃爍晶體品種經歷了20世紀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世紀后以非氟鹵化物為主的發展過程。NaI:Tl晶體的主導地位，也隨著1999年LaCl3:Ce晶體的出現，特別是2001年LaBr3:Ce晶體的問世，遇到了前所未有的挑戰。
為方便評述，作者在文章中將+1價、+2價、+3價、+4價的金屬元素分別用A、M、R和T表示，其鹵化物的通式分別為AX、MX2、RX3和TX4，根據化學組成的特點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，并對以上不同類型的閃爍晶體的研究現狀和發展趨勢進行了詳細的解讀。著重介紹了其中光輸出高于40000 ph/MeV的γ射線探測用閃爍晶體以及光輸出高于20000 ph/MeV的中子和γ射線雙探測的閃爍晶體。
文中的大量表格是作者幾十年來對非氟鹵化物閃爍晶體研究狀況總結的高度濃縮，對閃爍晶體研究和從業人員具有重要的指導意義。（限于篇幅，這里僅示出幾個有代表性的表格）
圖1 美國田納西大學閃爍材料研究中心在多坩堝晶體爐內同時生長出來的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射線雙探測用鋰基非氟鹵化物晶體
——非氟鹵化物閃爍晶體的發展趨勢
(1)高性能γ射線探測用非氟鹵化物閃爍晶體
(2)中子和γ射線雙探測用非氟鹵化物閃爍晶體
(3)非氟鹵化物晶體的生長方法
(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、能量分辨率優異和能量響應線性好見長，是其它無機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，有機閃爍體包括塑料閃爍體、有機閃爍晶體，以及液體閃爍體都不能比肩的。在核電站環境監測、混合輻射場測量、退役核設施監管、地質勘探、工業測控、安全檢查以及核物理和空間科學研究中，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，將會倍受青睞，可能很快走向應用或進一步擴大應用范圍。所以我國閃爍晶體研發單位和使用單位需要更加關注和重視非氟鹵化物閃爍晶體的發展動向。
······
可喜的是，我國在生長非氟鹵化物晶體所必需的高純無水原料的制造方面，包括有關稀土金屬、堿金屬和堿土金屬的氯化物、溴化物和碘化物等高純無水原料的制備技術都已取得重大突破，其中的許多原料都能夠研制甚至批量生產，可以不必從國外進口了。高純無水非氟鹵化物原料實現自給，不僅為我國科研人員生長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業化打下了良好的基礎。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隊伍中來，更希望在不久的將來我國閃爍晶體原創工作甚少的局面能夠被打破——誕生出許多我國自己的非氟鹵化物晶體新品來。
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