高光输出卤化物晶体闪烁性能的各向异性研究

SrI2:Eu和LaBr3:Ce是当前国际上闪烁晶体研究的热点材料，这两种晶体的光输出都很高，闪烁性能十分优异，是目前广泛使用的NaI:Tl晶体的潜在替代者和下一代核辐射计量的首选晶体。但SrI2:Eu为正交晶系，属低级晶族，LaBr3:Ce为六方晶系，属中级晶族，其闪烁性能均存在各向异性效应，不如高级晶族的NaI:Tl立方晶体。目前国际上对这两种晶体闪烁性能的报道差异较大，但相关文献报导试均未考虑结晶学方向，对晶体器件的取向使用亦未提及。本项目拟研究SrI2:Eu和LaBr3:Ce晶体闪烁性能的各向异性效应，测量这两种晶体光学主轴方向的透光率、光输出和衰减时间，并对晶体的折射率进行测量，拟合得到晶体的Semillar方程，获得晶体理想透过率。同时对晶体不同方向的缺陷进行观察，指出这两种晶体闪烁性能的各向异性效应，澄清样品差异性根源，为实际晶体器件的取向使用以及晶体的定向生长奠定研究基础。

本项目对LaBr3:Ce晶体闪烁性能的各向异性效应进行了研究，LaBr3:Ce晶体为六方晶系，[001]方向是晶体的光轴，[001]和[100]方向是晶体各向异性效应展现最鲜明的两个晶体方向，我们沿着[001]方向和[100]方向分别测试了荧光光谱、能量分辨率、衰减时间以及相对光输出，发现差异极小，可以说LaBr3:Ce晶体中无明显的各向异性效应，或者说LaBr3:Ce晶体中闪烁性能的各向异性效应可以忽略。这也意味着在实际应用中，无需考虑LaBr3:Ce晶体器件的取向问题。.本项目对LaBr3:Ce晶体[001]和[100]方向的力学性能进行了研究，发现LaBr3:Ce晶体的热膨胀系数、抗压强度、弹性模量和热应力均表现出明显的各向异性效应，晶体[001]方向上的热膨胀系数平均值为6.8×10-6/K，[100]方向上的热膨胀系数平均值为22.9×10-6/K；[001]和[100]方向的抗压强度分别为6.76MPa和8.37MPa，[001]和[100]方向的弹性模量分别为1.21GPa和1.96GPa；在相同的温度范围内，晶体[100]方向的热应力是[001]方向上的1020倍，表现出明显的差异；这些数据表明晶体定向生长的重要性，由于实际晶体器件无需考虑取向问题，所以晶体生长应该沿[001]方向，该方向有助于避免晶体开裂并获得完整晶体。.本项目利用坩埚下降法生长了SrI2:Eu晶体，SrI2:Eu晶体比LaBr3:Ce晶体潮解还严重，SrI2:Eu晶体为正交晶系，没有明显的解理面，这给晶体的各向异性研究造成了极大障碍，浪费了一些样品，同时，无水SrI2和EuI2价格极贵，国内始终没有开发出满足晶体生长的原料，这给后续研究带来了困难。.本项目还资助了具有极高光输出的卤化物闪烁晶体Cs2NaGdBr6:Ce的研究，并已生长出尺寸为1英寸1英寸的完整单晶。.项目期间共出版相关SCI论文43篇，EI论文3篇。培养研究生3名。