X射线探测晶体CdWO4的色心与辐照损伤研究

闪烁单晶是以高能射线探测成像为核心的高新技术的关键材料，钨酸镉单晶是国际集装箱检查系统制造业首选的闪烁发光材料。针对CdWO4晶体制备技术攻关亟待解决的科学问题，本项目开展X射线探测晶体CdWO4的色心与辐照损伤研究，拟弄清晶体中杂质的种类及浓度与色心的关系，分析氧缺位、Cd /W空位和填隙及杂质占位与色心形成的关系，探讨多种金属离子掺杂与色心形成的关系，研究掺杂离子与点缺陷对色心形成的复合作用；开展纯CdWO4晶体和掺杂CdWO4晶体的辐照光谱学研究，分析晶体辐照损伤与杂质浓度的关系，探寻辐照损伤与氧空位、Cd, W 缺位和填隙的关系，研究单晶材料辐照损伤的恢复动力学特征；分析多种金属离子掺杂对CdWO4晶体辐照损伤的影响，为探索适当掺杂离子以改善单晶的抗辐照损伤性能的技术途径提供依据。本项目研究结果将为开发高性能CdWO4闪烁晶体材料的制备技术提供必要理论基础。

钨酸镉（CdWO4）闪烁单晶是在高能射线探测成像技术领域具有重要应用价值的光学功能材料。针对高质量CdWO4单晶生长亟待解决的制备科学问题，本项目开展了CdWO4闪烁单晶的色心形成、辐照损伤与生长方法研究，揭示了导致CdWO4单晶闪烁性能降低的晶体着色起因，研究了纯CdWO4单晶和系列金属离子掺杂CdWO4单晶的辐照光谱学研究，为探索改善CdWO4单晶闪烁性能的技术途径提供依据；采用溶液沉淀法合成化学计量组成CdWO4多晶料，研究了高质量大尺寸CdWO4单晶的坩埚下降法生长方法，就生长CdWO4单晶进行了系统闪烁性能的测试表征。本课题组生长单晶原坯尺寸达Ø70 × 180 mm，获得完整单晶毛坯成品率达95%以上。测试结果表明，本课题研究所获得CdWO4单晶具有优异的闪烁性能，达到了射线探测器件应用所要求的闪烁性能指。CdWO4晶片的X射线激发发光相对光产额达到基准晶片的100%左右，经退火处理晶片的相对光产额最高达到基准晶片的124%，其能量分辨率优于15%，发光余辉低于0.1%@6 ms，抗辐照损伤阈值达107 rad。本课题所获材料制备技术成果已在国内相关企业获得推广应用。