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應(yīng)用

APPLICATION

閃爍晶體熒光光譜測(cè)試

閃爍晶體熒光光譜測(cè)試
 

什么是閃爍晶體？

閃爍晶體到底是什么？可能很多人都沒聽過這個(gè)詞，但其實(shí)，在我們的日常生活中并不陌生。閃爍體是一種當(dāng)被電離輻射激發(fā)之后會(huì)表現(xiàn)出發(fā)光特性的材料，是將高能轉(zhuǎn)換為可見光的一種典型光電轉(zhuǎn)換材料，可用于輻射探測(cè)和安全防護(hù)，通常在應(yīng)用中將其加工成晶體，稱為閃爍晶體。

 

在醫(yī)學(xué)上，閃爍體是核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備比如X光、CT等檢查設(shè)備的核心部件。同時(shí)，在行李安檢、集裝箱檢查、大型工業(yè)設(shè)備無損探傷、石油測(cè)井、放射性探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，閃爍體都發(fā)揮著不可替代的作用。
 

各種閃爍晶體

 

典型材料

目前市面上比較成熟且商業(yè)化的閃爍體有碘化銫(CsI:tl)，碘化鈉(NaI:tl)，硅酸釔镥(LYSO:Ce)，鍺酸鉍(BGO)和鎢酸鎘(CdWO4)等。
 

同時(shí)科學(xué)界也不乏對(duì)新型閃爍體材料的研究，2018年，西北工業(yè)大學(xué)的黃維院士、新加坡國立大學(xué)劉小剛教授、陳秋水博士以及福州大學(xué)楊黃浩教授等合作，發(fā)現(xiàn)了一種含有銫和鉛重原子成分的全無機(jī)鈣鈦礦納米晶閃爍體，其具有較強(qiáng)的X射線吸收能力、高效的三重態(tài)發(fā)光特征、可調(diào)控的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)以及較快的輻射發(fā)光速率。相關(guān)研究工作以“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”為題于Nature雜志在線發(fā)表。

在X射線照射下全無機(jī)鈣鈦礦納米晶閃爍體的可調(diào)諧發(fā)光（數(shù)據(jù)截取自文章“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”）
 

典型閃爍晶體的參數(shù)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

-
 

閃爍晶體的熒光光譜測(cè)試

既然說閃爍晶體是典型的光電轉(zhuǎn)換材料，那么測(cè)試閃爍晶體的發(fā)射光譜就必不可少了。此類材料主要用X射線做激發(fā)，用可見波段響應(yīng)的探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)采集。
 

卓立漢光可提供一成套的閃爍體熒光光譜測(cè)試解決方案（系統(tǒng)包含：X射線光管，樣品倉，光譜儀，光電倍增管（PMT），單光子計(jì)數(shù)器，提供鉛盒、含鉛玻璃等系統(tǒng)防護(hù)）。
 

客戶案例
 


系統(tǒng)由氙燈、激發(fā)光譜儀、樣品倉、發(fā)射光譜儀、探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集器組成傳統(tǒng)熒光光譜測(cè)量系統(tǒng)，另耦合小型X光管用于閃爍晶體激發(fā)。
 
 

選用美國MOXTEK公司 60KV 12W小型X光管對(duì)閃爍晶體進(jìn)行激發(fā)，光源小巧且?guī)?，通過軟件控制輸出功率；

CsI閃爍晶體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)


YLF: 5%Ce3+閃爍晶體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

 

美國MOXTEK（先鋒科技獨(dú)家代理）小型X光管
 

作為世界*知名的小型X光管制造商，Moxtek始終走在手持式小型X光管技術(shù)前列，世界幾大知名XRF廠商都將Moxtek列為第一供應(yīng)商。我們可以提供不同靶材及外形尺寸。

 
 

Moxtek®MAGPRO系列 60KV & 70KV X射線光源，該系列X光管使用簡(jiǎn)單，一端接上電源線供電，另一端連接電腦USB，即可通過軟件輸入電流值、電壓值控制X光管的輸出；
 

60KV & 70KV X射線光源 參數(shù)特性
 

Speci?cations

　

60kV

70kV

XRF

Imaging

XRF

Tube type:

Metal-ceramic

Operating Temp*:

-10º to +50º C

-10º to +50º C

-10º to +50º C

Storage Temp:

-20º to +85º C

Standard Cooling:

Forced air

Weight:

≤825g

≤900g

≤900g

Available Targets:

W, Rh, Ag, Cr, Cu, Mo

W

W, Mo

HV Polarity:

Grounded anode

High Voltage Potential:

5 to 60kV

50 to 70kV

40 to 70kV

Max Beam Current:

10 to 1000µA @ 5kV

10 to 240µA @ 50kV

10 to 300µA @ 40kV

Maximum Power:

12 watts

Focal Spot Size:

Typical ~400µm

Typical ~500µm

Typical ~500µm

Window:

Beryllium 125µm or 250µm (depending on target)

X-ray Beam Cone Angle:

~48°

~86°

~48°

Radiation Leakage:

as low as 2mR/h**

2mR/h at 50mm

<10mR/h at 50mm

Input Power:

24 VDC, 1.1A

Standard Warranty:

One yea


目前卓立漢光的閃爍晶體熒光光譜測(cè)試系統(tǒng)的典型客戶代表有：中山大學(xué)、深圳大學(xué)、中國科學(xué)院海西研究院等