无机闪烁晶体及其应用

无机闪烁晶体经历了半个多世纪的发展，如今已经成为功能晶体材料中一颗璀璨的明珠。本书在广泛汲取国内外相关文献的基础上，结合作者所在单位过去四十多年所开展的相关研究工作，比较系统地总结了典型无机闪烁晶体材料的结构和性能特征、闪烁发光机理、晶体缺陷、晶体制备的关键技术以及商用无机闪烁晶体在辐射探测技术领域的应用情况。全书共 8章，第 1章和第 2章从闪烁发光的基本概念和基本原理入手，以简洁通俗的方式阐述闪烁晶体的发光过程、发光机理，以及闪烁性能的测试和表征方法。第 3～第 7章按照材料的化学成分分别对卤化物、锗酸铋、钨酸盐、硅酸盐和铝酸盐等五个类别中的典型闪烁晶体进行介绍，阐述其结构、性能、生长方法、生长缺陷，以及制备技术等。第 8章集中展示了闪烁材料在核物理、高能物理、核医学和安全检测等主要领域的应用。

目录
前言
第1章无机闪烁晶体的发光机理 1
1.1辐射与物质的相互作用 1
1.1.1 带电粒子与物质的相互作用 1
1.1.2 高能光子与物质的相互作用 5
1.1.3 中子与物质的相互作用 11
1.2能量的吸收与激发过程 12
1.2.1 闪烁过程概述 12
1.2.2 闪烁效率 14
1.3能量传输过程 17
1.3.1 掺杂离子的能量俘获 17
1.3.2 激子和陷阱的能量俘获 17
1.4光发射过程 18
1.4.1 发光中心类型 18
1.4.2 辐射跃迁与非辐射跃迁 19
1.4.3 电荷迁移发光 21
1.5闪烁发光动力学 22
1.5.1 闪烁上升时间和衰减时间 22
1.5.2 各类发光类型的衰减特性 25
1.6光猝灭 27
1.6.1 温度猝灭 27
1.6.2 电离猝灭 28
1.6.3 浓度猝灭与自吸收 30
1.6.4 杂质猝灭 32
1.7闪烁晶体的辐照损伤 32
1.7.1 电离辐射下的辐照损伤 33
1.7.2 质子辐照下的辐照损伤 40
1.7.3 中子辐照下的辐照损伤 43
参考文献 43
第2章闪烁性能的测试与研究方法 48
2.1闪烁性能测试的物理基础 49
2.1.1 光传播的经典理论 49
2.1.2 高能光子 /电子与闪烁晶体作用的相关参数 53
2.1.3 统计规律与误差分析 55
2.2透射光谱与吸收光谱 58
2.2.1 测试原理与设备 59
2.2.2 数据处理方法 60
2.3激发发射光谱 63
2.3.1 紫外/可见光激发发射光谱 63
2.3.2 X射线激发发射光谱 64
2.3.3 数据处理方法 65
2.4多道能谱 68
2.4.1 测试原理 69
2.4.2 测试使用的光电探测器 69
2.4.3 多道能谱仪 73
2.4.4 数据处理与分析 76
2.5闪烁衰减时间测试 79
2.5.1 测试原理 79
2.5.2 测试装置与方法 80
2.5.3 数据处理方法 83
参考文献 84
第3章卤化物闪烁晶体 87
3.1碱金属卤化物闪烁晶体 87
3.1.1 碘化钠晶体 88
3.1.2 碘化铯晶体 98
3.1.3 掺铕碘化锂晶体 122
3.2碱土金属卤化物闪烁晶体 127
3.2.1 氟化钡晶体 127
3.2.2 碘化锶晶体 141
3.3稀土卤化物闪烁晶体 150
3.3.1 氟化铈晶体 151
3.3.2 氯化镧晶体 156
3.3.3 溴化镧晶体 165
3.3.4 溴化铈晶体 181
3.4钾冰晶石闪烁晶体 184
3.4.1 钾冰晶石晶体结构 185
3.4.2 CLYC:Ce晶体的闪烁性能 187
3.4.3 CLLC:Ce晶体的闪烁性能 196
3.4.4 CLLB:Ce晶体的闪烁性能 197
3.4.5 CLLBC:Ce晶体的闪烁性能 198
3.4.6 CLYC:Ce晶体生长 200
3.5新型卤化物闪烁晶体 201
3.5.1 卤化物复盐闪烁晶体 201
3.5.2 近红外发光卤化物晶体 207
3.5.3 钙钛矿结构闪烁晶体 212
参考文献 222
第4章锗酸铋闪烁晶体 238
4.1 BGO晶体的研究历史 238
4.2 BGO晶体的组成、结构与基本物性 239
4.3 BGO晶体的闪烁特性 242
4.3.1 发光、衰减及透光性能 243
4.3.2 光输出、能量分辨与能量响应性能 247
4.3.3 光响应均匀性 250
4.3.4 辐照诱导吸收与抗辐照性能 259
4.4 BGO晶体的生长 262
4.4.1 提拉法晶体生长 263
4.4.2 坩埚下降法晶体生长 265
4.5 BGO晶体的宏观缺陷 270
4.5.1 灰黑色界面层 270
4.5.2 纵向条纹 273
4.5.3 云层状散射 274
4.5.4 生长芯 276
4.6 BGO的晶体应用 277
4.6.1 高能物理 277
4.6.2 核物理 278
4.6.3 天体物理 282
4.6.4 核医学成像 284
4.6.5 资源勘探 287
4.6.6 其他应用 288
参考文献 288
第5章钨酸盐闪烁晶体 298
5.1钨酸铅晶体 298
5.1.1 晶体结构 299
5.1.2 闪烁性能 300
5.1.3 色心与辐照损伤 305
5.1.4 掺杂效应 307
5.1.5 各向异性 311
5.1.6 晶体制备 312
5.1.7 晶体应用 315
5.2钨酸镉晶体 316
5.2.1 晶体结构与基本物理性质 316
5.2.2 闪烁性能及机理 317
5.2.3 晶体制备 324
5.2.4 应用 328
5.3钨酸钙 329
5.3.1 晶体闪烁性能 330
5.3.2 晶体生长 333
5.4钨酸锌 334
5.4.1 晶体闪烁性能 334
5.4.2 晶体生长 336
参考文献 337
第6章硅酸盐闪烁晶体 349
6.1正硅酸盐闪烁晶体 349
6.1.1 硅酸钆晶体 349
6.1.2 硅酸钇晶体 354
6.1.3 硅酸钇镥晶体 358
6.2焦硅酸盐闪烁晶体 401
6.2.1 焦硅酸镥晶体 401
6.2.2 焦硅酸钆闪烁晶体 414
参考文献 419
第7章铝酸盐闪烁晶体 430
7.1钙钛矿结构铝酸盐闪烁晶体 430
7.1.1 Lu1–xYxAlO3:Ce晶体 431
7.1.2 YAP:Ce/Yb晶体 444
7.1.3 GdAlO3:Ce晶体 448
7.2石榴石结构铝酸盐闪烁晶体 449
7.2.1 YAG:Ce晶体 451
7.2.2 LuAG:Ce/Pr晶体 453
7.2.3 GAGG:Ce晶体 459
参考文献 469
第8章无机闪烁晶体的应用 478
8.1应用领域对无机闪烁晶体的性能要求 478
8.2核物理 481
8.2.1 粒子散射实验 482
8.2.2 射线探测 483
8.2.3 带电粒子探测 484
8.2.4 粒子鉴别 485
8.2.5 反康普顿屏蔽 486
8.2.6 中子探测 486
8.2.7 DMMSC实验 487
8.3高能物理实验 488
8.3.1 晶体球探测器 489
8.3.2 北京谱仪 490
8.3.3 欧洲核子研究中心 CMS实验 492
8.3.4 德国 PANDA实验 493
8.3.5 下一代闪烁晶体电磁量能器 495
8.4天体物理研究 504
8.4.1 暗物质和双 β衰变 504
8.4.2 行星能谱测量 505
8.4.3 射线天文 509
8.4.4 太阳探测 510
8.5医学成像 512
8.5.1 计算机断层扫描的基本原理 514
8.5.2 平面 X射线成像 514
8.5.3 X射线计算机断层扫描 516
8.5.4 单光子发射计算机断层扫描 519
8.5.5 正电子发射断层扫描 521
8.6射线无损检测 530
8.6.1 射线照相无损检测 531
8.6.2 X射线照相无损检测 532
8.6.3 X射线工业 CT 539
8.7电离辐射监测与安全检查 546
8.7.1 被动探测系统 546
8.7.2 X射线和 射线主动探测系统 552
8.7.3 中子主动探测系统 556
8.8核测井 559
8.8.1 核测井方法与原理 560
8.8.2 核测井主动射线源 564
8.8.3 核测井对闪烁晶体的性能要求 565
8.8.4 核测井用闪烁晶体 566
参考文献 567
附录一常用闪烁晶体的闪烁性能表 575
附录二常用放射源 576
附录三典型闪烁晶体吸收已知能量 X射线的 95%所需要的晶体厚度 577