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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
