光電子幻燈片

1、光電子幻燈片第1頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一有關(guān)閃爍玻璃的相關(guān)知識(shí)閃爍體是一種發(fā)光體。發(fā)光就是物體內(nèi)部以某種方式把吸收的能量轉(zhuǎn)化為光能的過(guò)程，發(fā)射出的光子的能量比激發(fā)能量低。某些材料在放射線(X射線,射線等)或高能粒子(強(qiáng)子，電子，質(zhì)子等)作用下能產(chǎn)生脈沖光，這種現(xiàn)象稱為閃爍現(xiàn)象，我們把這種材料稱為閃爍體。第2頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一閃爍體分類閃爍體按狀態(tài)分為氣態(tài)閃爍體、液態(tài)閃爍體和固態(tài)閃爍體。固態(tài)閃爍體分為無(wú)機(jī)固態(tài)閃爍體和有機(jī)固態(tài)閃爍體。玻璃閃爍體屬于無(wú)機(jī)固態(tài)閃爍體的一種。第3頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一

2、各種閃爍體的閃爍性能有機(jī)晶體閃爍體雖然反應(yīng)快、發(fā)光效率較高，但是制備困難、價(jià)格較高、綜合性能也不是很好，應(yīng)用并不普遍。玻璃閃爍體衰減時(shí)間約 0.1s，發(fā)光效率較低，但是制作簡(jiǎn)單、成本低、透明度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用來(lái)測(cè)量中等能量中子、慢中子、粒子、X射線等。第4頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一 研究意義近年來(lái)，隨著人類活動(dòng)領(lǐng)域的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)水平的提高，對(duì)閃爍材料的性能亦提出了新的要求。例如二十世紀(jì)九十年代中期大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)和超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)(SSC)的問世要求對(duì)電子、正電子和光子能量進(jìn)行精確測(cè)量的新一代高性能電磁量能器，要求閃爍體具有很高的時(shí)間分辨率( ns)

3、，并具備更高的耐輻射能力才能保證在此嚴(yán)酷環(huán)境下有較好的能量分辨率和穩(wěn)定的光輸出第5頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一考慮到新一代量能器所需閃爍體的體積通常有幾十立方米之巨，制作成本成為一個(gè)不容忽視的重要因素。近年來(lái)，雖然一些閃爍晶體相繼在高能物理和地球探測(cè)等領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用，但卻因制作成本很高，大批量和大尺寸生產(chǎn)難度上受到限制閃爍玻璃則由于制備過(guò)程的簡(jiǎn)單，尤其是傳統(tǒng)成型技術(shù)，如模壓、熱壓和擠壓技術(shù)的應(yīng)用，顯著降低了大型閃爍體的制備成本。玻璃閃爍體的研究引起了人們?cè)絹?lái)越濃厚的興趣第6頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一閃爍玻璃與閃爍晶體相比，閃爍玻璃有很

4、多優(yōu)點(diǎn):1 玻璃制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉;2 玻璃的化學(xué)組成可以在很寬的范圍內(nèi)改 變，可以制備出各種閃爍性質(zhì)不同的閃爍玻璃;3 摻入的激活劑的種類和數(shù)量不太受限制并且在玻璃中的分布是均勻的，從而保證了閃爍體不同部位的閃爍性能是一致的;4 容易制得大尺寸的閃爍玻璃;5 可以制成閃爍纖維;6 光學(xué)性質(zhì)比較容易得到保證。第7頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一 閃爍玻璃應(yīng)用方向 大尺寸、高亮度摻Tb3+硅酸鹽閃爍玻璃的研制，不盡有助我們打破國(guó)外在大尺寸、高亮度X射線閃爍屏方面對(duì)我國(guó)的限制，提高X射線閃光照相的測(cè)量靈敏度。而且還可以應(yīng)用于高能物理、核物理、放射物理、天體物理、地球物理

5、、航空工業(yè)、核醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)成像、材料探傷、探礦、工業(yè)探測(cè)、安全檢查及保安工程、高清晰度數(shù)字輻射成像等許多領(lǐng)域，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。第8頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一1 高能物理領(lǐng)域，高能物理中需要閃爍體的尺寸和數(shù)量都很大。2 核物理領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)，核物理研究中需要探測(cè)器。3 核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，閃爍體是高性能正電子湮沒斷層掃描成像(PET)探測(cè)器的關(guān)鍵材料。4 工業(yè)CT 繼計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)技術(shù)在醫(yī)療診斷上獲得應(yīng)用后，CT技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展引人注目。5 石油勘探領(lǐng)域 多年來(lái)，閃爍體一直在石油勘探領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，這主要取決于其出色的發(fā)光性能和較小的溫度效應(yīng)。6 探

6、測(cè)太陽(yáng)中微子第9頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一 研究進(jìn)展1972年，Richard等人率先研制出適用于高能X射線(50- 120kV)激發(fā)的Tb3+摻雜硅酸鹽閃爍玻璃，但該閃爍玻璃的光產(chǎn)額較低，并且存在嚴(yán)重的余輝。但由于該工作沒有涉及發(fā)光余輝對(duì)分辨率的影響，因而未能得到實(shí)際應(yīng)用。 中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院玻璃所祖成奎等人首先開展了Tb3+激活硅酸鹽發(fā)光玻璃的研究，并取得了卓有成效的成果。第10頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一祖成奎等人將研制的發(fā)光玻璃制成X射線CCD攝像系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換屏，與Gd2O2S:Tb多晶屏作使用性能的比較，在相同條件下檢測(cè)同一

7、物品，周圍的圓光環(huán)為金屬壁的反射光，屏中間亮帶為X射線照射域，橫的暗影為鐵板后的金屬條，其中的亮斑為鐵板上的開孔。比較可以看出，玻璃屏的發(fā)光強(qiáng)度較多晶屏大幅度提高，成像清晰度好，噪聲干擾小。第11頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一 理想的閃爍體應(yīng)該滿足的條件有較大的阻止本領(lǐng)，使入射的粒子能在閃爍體中損耗較多的能量.有較大的發(fā)光效率使閃爍體對(duì)本身發(fā)出的熒光是透明的，即對(duì)自身發(fā)射的熒光吸收少有合適的折射率，使產(chǎn)生的熒光在傳輸過(guò)程中盡量少的光損失，并且光學(xué)均勻性好，沒有幾何缺陷具有較短的發(fā)光衰減周期:易于加工成各種形狀和大小;在放射源長(zhǎng)期照射下，性能仍保持穩(wěn)定。第12頁(yè)，共16

8、頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一盡管對(duì)Tb3+激活的發(fā)光玻璃進(jìn)行初步研究并取得了一定成就，但因發(fā)光玻璃是一種新型材料,目前閃爍玻璃的研究仍處于探索階段。各種高密度、耐輻照性能優(yōu)異以及衰減時(shí)間快速的閃爍玻璃都有了許多相關(guān)的報(bào)導(dǎo),但考慮閃爍體的綜合性能,還不盡如人意,尤其是在光產(chǎn)額方面,還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。許多測(cè)試手段和實(shí)用化生產(chǎn)條件都不能滿足要求，深一步研究較為困難，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)用化生產(chǎn)。第13頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一摻Tb3+硅酸鹽納米閃爍玻璃研究路線玻璃熔化的過(guò)程：第一階段-硅酸鹽的形成。大多數(shù)玻璃的這個(gè)階段是在800一900時(shí)完成的。第二階段-玻璃

9、的形成。這一階段是在1200一1250時(shí)完成的。第三階段-澄清。大多數(shù)玻璃的這個(gè)階段在1400一1500時(shí)成的。第四階段-均化。此階段是在比澄清溫度略低的溫度下完成的第五階段-冷卻。將玻璃液的溫度降低200一300以使玻璃具有成型必須的粘度。然后根據(jù)需要制成各種產(chǎn)品。第14頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一 研究側(cè)重方向研究將以提高摻Tb3+硅酸鹽新型閃爍玻璃的光產(chǎn)額為主線，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)各種光譜分析，解釋玻璃能量傳遞過(guò)程及其組分、結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能的關(guān)系，在其基礎(chǔ)上優(yōu)化玻璃基質(zhì)、敏化劑和發(fā)光劑等組分配比，改進(jìn)熔制溫度、保溫時(shí)間、氣氛和熱處理工藝條件，通過(guò)放大實(shí)驗(yàn)，研制大尺寸、高均勻性、高亮度的X光閃爍玻璃。第15頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)19分，星期一 總 結(jié)摻Tb3+硅酸鹽納米閃爍玻璃具有良好的機(jī)械加工性能和穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)，在高能探測(cè)性能方面又具有相對(duì)的高密度、高光產(chǎn)額、短的衰減時(shí)間