CN103422169B - 缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法 - Google Patents

缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103422169B
CN103422169B CN201210160213.1A CN201210160213A CN103422169B CN 103422169 B CN103422169 B CN 103422169B CN 201210160213 A CN201210160213 A CN 201210160213A CN 103422169 B CN103422169 B CN 103422169B
Authority
CN
China
Prior art keywords
csi
crystal
gamma
decay time
luminescence decay
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210160213.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103422169A (zh
Inventor
欧阳晓平
刘芳
刘金良
刘洋
苏春磊
陈亮
张忠兵
赵晓川
程晓磊
张子�
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Institute of Nuclear Technology
Original Assignee
Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Institute of Nuclear Technology filed Critical Northwest Institute of Nuclear Technology
Priority to CN201210160213.1A priority Critical patent/CN103422169B/zh
Publication of CN103422169A publication Critical patent/CN103422169A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103422169B publication Critical patent/CN103422169B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

本发明属于核辐射探测领域，涉及一种缩短CsI(Na)晶体对X、γ射线发光衰减时间的方法。本发明利用高能球磨机及高速气流粉碎技术将CsI(Na)块状晶体制备成微米、纳米量级结构晶体，通过改变CsI(Na)的粒度结构来加快其对X、γ射线辐射的发光衰减时间，使CsI(Na)晶体对X、γ射线的发光衰减时间从原来大块结构时的650ns提升到微米结构下的25ns，为快脉冲辐射场探测开辟了新的技术途径，为超快探测器的研制提供新的探测材料。该方法工艺简单、操作简便，具有较好的稳定性和重现性。

Description

缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法
技术领域
本发明属于核辐射探测领域，涉及一种缩短CsI(Na)晶体对X、γ射线发光衰减时间的方法，一种用于快脉冲辐射探测材料的制备方法。
背景技术
碘化铯晶体是一种应用广泛的卤化碱金属闪烁体，共有纯碘化铯（CsI）、铊激活的碘化铯CsI(Tl)、钠激活的碘化铯（CsI(Na)）三种，虽然主要成份一样，且密度等物理特性相同，但其闪烁性能却有很大不同。纯CsI晶体发光时间短（3.5ns），发光效率低（4-6%NaI(Tl)）。钠激活剂的掺入，使晶体的发光效率大幅提高，发光主要成份由310nm转移到420nm，更有利于发射光与光电倍增管的耦合。被广泛应用于核辐射成像、核医学、空间探测等领域。特别是，CsI(Na)闪烁晶体对重带电粒子、伽马射线展现极为独特的辐射响应和探测性质，已成为暗物质探测等国际前沿课题的理想探测材料。但是，钠激活剂的掺入，同时使晶体的发光衰减时间由3.5ns减慢为650ns，这一特性从根本上限制了其在脉冲辐射场快速探测及高能量分辨率核辐射成像方面的应用。
目前，对于CsI(Na)晶体X、γ射线激发下的发光衰减时间特性研究，主要集中在通过改变钠激活剂掺杂浓度、晶格缺陷等影响CsI(Na)晶体X、γ射线激发下的发光衰减时间，但对发光衰减时间变化局限在10%范围内。具有制备方法简单、操作简便、足够的稳定性和重现性等特点的快发光衰减时间的CsI(Na)晶体一直是晶体生长技术研究和快脉冲辐射探测领域的技术难题。
鉴于此，本发明通过改变CsI(Na)晶体的粒度、结构来加快晶体X、γ射线激发下的发光衰减时间，制备工艺操作简便，具有较好的稳定性和重现性，性能增强效果较好。其中，微米结构的CsI(Na)晶体其在脉冲X、γ射线激发下的发光衰减时间半宽约为25ns，比大块晶体650ns提高了一个量级。为CsI(Na)用于快脉冲辐射探测提供了科学依据，在拓宽CsI(Na)晶体在辐射探测领域的应用范围，特别是推动其在辐射成像、高能物理、核医学、空间探测等方面的应用具有极为重要的应用价值。
发明内容
本发明的一个主要目的是提供一种缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，提供了一种用于快脉冲辐射探测的晶体材料。
为实现上述目的，本发明的技术方案是以下述方式实现的：
一种缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】制备CsI(Na)晶体；
2】利用高能球磨机或者高速气流粉碎机配置微米粒度分级机将CsI(Na)晶体制备成微米粒度的粉末；
3】用微米粒度的CsI(Na)晶体粉末制备探测器，进行快脉冲辐射探测。
上述高能球磨机是筒式球磨机、振动球磨机、行星式球磨机、轴承球磨机、振动磨、搅拌磨或胶体磨。
上述的高速气流粉碎机使用的高速气流是氮气、其他惰性气体或还原性气体。
上述制备CsI(Na)晶体是利用坩埚下降法或提拉法生长CsI(Na)晶体。
上述CsI(Na)晶体是在真空状态或室温状态生长。
一种缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】制备CsI(Na)晶体；
2】利用高速气流粉碎机配置纳米粒度分级机将CsI(Na)晶体制备成纳米粒度的粉末；
3】用纳米粒度的CsI(Na)晶体粉末制备探测器，进行快脉冲辐射探测。
上述的高速气流粉碎机使用的高速气流是氮气、其他惰性气体或还原性气体。
上述制备CsI(Na)晶体是利用坩埚下降法或提拉法生长CsI(Na)晶体。
上述CsI(Na)晶体是在真空状态或室温状态生长。
本发明的技术效果：
采用本发明方法成功制备微纳结构CsI(Na)晶体，并分别在脉冲X、γ射线激发下，测量其脉冲响应波形。实验结果表明，在亚纳秒级脉冲X射线激发下，微纳结构CsI(Na)晶体的发光衰减时间（19ns）比块状CsI(Na)晶体的发光衰减时间（881ns）加快近一个量级。在西北核技术研究所“强光一号”脉冲γ射线激发下，微米结构CsI(Na)晶体的脉冲波形半宽度（25ns）比块状CsI(Na)晶体的脉冲波形半宽度（670ns）加快近一个量级。两个实验示例证明，本发明方法的创新性、可行性与有效性。
附图说明
图1：为块状CsI(Na)晶体在亚纳秒级脉冲X射线激发下的实验脉冲波形与数据拟合数据曲线（发光衰减时间～881ns）。
图2：为微纳结构CsI(Na)晶体在亚纳秒级脉冲X射线激发下的实验脉冲波形与数据拟合曲线（发光衰减时间～19ns）。
图3：为块状CsI(Na)晶体在“强光一号”脉冲γ源测量得到的晶体脉冲响应波形（半宽度=～670ns）。
图4：为微纳结构CsI(Na)晶体粉末在“强光一号”脉冲γ源测量得到的晶体脉冲响应波形(半宽度=～25ns)。
具体实施方式
微米粒度CsI(Na)实施示例：
1、给料准备：把CsI(Na)晶体加工成符合高能球磨机最大给料粒度设计规定的破碎物料。
2、球磨机调试：检查球磨机所有紧固件、防护装置、传动装置是否良好。在高能球磨机无载荷情况下进行空载启动试机，连续运行2小时，球磨机各部件运行平稳，进行重载试机，在球磨机最大给料粒度应符合设计规定的情况下，球磨机重载连续运转8个小时，试机过程中没有周期或显著的冲击、撞击声，球磨机处理能力和产品粒度应符合设计规定。
3、制备过程：球磨机正常运转后，将加工好的CsI(Na)物料均匀地的加入球磨机工作舱内，给料量不能波动太大，监测轴承温度不得超过设计规定值，整个磨机应工作平稳，没有剧烈振动。
4、停机:停机前，先停止给料，待球磨机工作舱内物料完全排出后，关闭电源。
5、最后用微米粒度的CsI(Na)晶体粉末制备探测器，进行快脉冲辐射探测。
纳米粒度CsI(Na)实施示例：
1、给料准备：把CsI(Na)晶体加工成符合气流粉碎机最大给料粒度设计规定的破碎物料。
2、开机及气流粉碎机调试：配置纳米粒度分级机，检查主机、附机及管路、阀门等完好，设置相关参数。
3、制备过程：压缩机等附机启动按使用说明书操作要求，将加工好的CsI(Na)物料送入加料器，加料应注意控制料位，检查已设置分级电流上限值。
4、停机：停止加料器送料，关闭主气阀，停压缩机，停风机，停分级机关闭电源。
5、最后用纳米粒度的CsI(Na)晶体粉末制备探测器，进行快脉冲辐射探测。
本发明利用坩埚下降法或提拉法生长CsI(Na)晶体，再利用高能球磨机或高速气流粉碎机配置微米粒度分级机将CsI(Na)晶体制备成微米粒度粉末；或者利用高速气流粉碎技术将CsI(Na)晶体制备成纳米粒度粉末。然后利用微米或纳米粒度粉末的CsI(Na)晶体制备探测器，试验结果证明，通过改变CsI(Na)晶体的粒度、结构可以用来调控其在X、γ射线激发下的发光衰减时间规律。

Claims (11)

1.一种缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、制备CsI(Na)晶体；
步骤2、利用高能球磨机或者高速气流粉碎机配置微米粒度分级机将CsI(Na)晶体制备成微米粒度的粉末；
步骤3、用微米粒度的CsI(Na)晶体粉末制备探测器，进行快脉冲辐射探测。
2.根据权利要求1所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述高能球磨机是筒式球磨机、振动球磨机、行星式球磨机、轴承球磨机、振动磨、搅拌磨或胶体磨。
3.根据权利要求1所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述的高速气流粉碎机使用的高速气流是氮气、惰性气体或还原性气体。
4.根据权利要求1或2或3所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述制备CsI(Na)晶体是利用坩埚下降法或提拉法生长CsI(Na)晶体。
5.根据权利要求4所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述CsI(Na)晶体是在真空状态生长。
6.根据权利要求4所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述CsI(Na)晶体是在室温状态生长。
7.一种缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、制备CsI(Na)晶体；
步骤2、利用高速气流粉碎机配置纳米粒度分级机将CsI(Na)晶体制备成纳米粒度的粉末；
步骤3、用纳米粒度的CsI(Na)晶体粉末制备探测器，进行快脉冲辐射探测。
8.根据权利要求7所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述的高速气流粉碎机使用的高速气流是氮气、惰性气体或还原性气体。
9.根据权利要求7或8所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述制备CsI(Na)晶体是利用坩埚下降法或提拉法生长CsI(Na)晶体。
10.根据权利要求9所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述CsI(Na)晶体是在真空状态生长。
11.根据权利要求9所述的缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法，其特征在于：所述CsI(Na)晶体是在室温状态生长。
CN201210160213.1A 2012-05-22 2012-05-22 缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法 Expired - Fee Related CN103422169B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210160213.1A CN103422169B (zh) 2012-05-22 2012-05-22 缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210160213.1A CN103422169B (zh) 2012-05-22 2012-05-22 缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103422169A CN103422169A (zh) 2013-12-04
CN103422169B true CN103422169B (zh) 2016-06-01

Family

ID=49647542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210160213.1A Expired - Fee Related CN103422169B (zh) 2012-05-22 2012-05-22 缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103422169B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1325033A (zh) * 2000-05-22 2001-12-05 Jds尤尼费斯公司 可变光衰减器
CN1460977A (zh) * 2002-05-14 2003-12-10 富士通株式会社 具有多个平行排列发光管的显示设备
WO2003105075A1 (en) * 2002-06-07 2003-12-18 Trustees Of Boston University System and methods for product and document authentication
EP2354208A1 (en) * 2010-02-04 2011-08-10 Technische Universität Graz Luminescent material comprising chromium(III) doped yttrium aluminium borate
CN201926763U (zh) * 2010-11-09 2011-08-10 北京大基康明医疗设备有限公司 非晶硅碘化铯数字x射线平板探测器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1325033A (zh) * 2000-05-22 2001-12-05 Jds尤尼费斯公司 可变光衰减器
CN1460977A (zh) * 2002-05-14 2003-12-10 富士通株式会社 具有多个平行排列发光管的显示设备
WO2003105075A1 (en) * 2002-06-07 2003-12-18 Trustees Of Boston University System and methods for product and document authentication
EP2354208A1 (en) * 2010-02-04 2011-08-10 Technische Universität Graz Luminescent material comprising chromium(III) doped yttrium aluminium borate
CN201926763U (zh) * 2010-11-09 2011-08-10 北京大基康明医疗设备有限公司 非晶硅碘化铯数字x射线平板探测器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Energy resolution of CsI(Na) scintillators;A.Syntfeld Kazuch,et al.;《Radiation Measurements》;20100731(第45期);第377-379页 *
Eu3+:Y2O3纳米微粒的尺寸效应和表面态效应的研究;李丹等;《发光学报》;20000630;第21卷(第2期);第134-138页 *
Neutron–gamma discrimination of CsI(Na) crystals for dark matter searches;Xilei Sun，et al.;《Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A》;20110408;第52-58页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103422169A (zh) 2013-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Van Eijk Development of inorganic scintillators
JP5096005B2 (ja) 高輝度及び高速の中性子シンチレータ
EP2597490A1 (en) Phoswich thermal neutron detector
Futami et al. Optical and scintillation properties of Sc2O3, Y2O3 and Lu2O3 transparent ceramics synthesized by SPS method
CN113462388B (zh) 一种稀土掺杂钽酸镁系列闪烁发光材料及其制备方法和应用
Nakauchi et al. Photoluminescence and scintillation properties of Tb: GdTaO4 crystals
CN113563882B (zh) 一种闪烁发光材料及其制备方法
Voloshyna et al. Nonlinear behavior of structural and luminescent properties in Gd (NbxTa1-x) O4 mixed crystals
EP2695928B1 (en) Scintillator, radiation detector, and method for detecting radiation
Akatsuka et al. Scintillation properties of GdAlO3 crystals doped with different concentrations of tm
CN102426381B (zh) 一种CsI:Tl和LaBr3:Ce3+叠层闪烁体
Fukushima et al. Photoluminescence and scintillation properties of Ce-doped SrY2O4 single crystals
Yanagida et al. TSL and OSL properties of Eu-doped LiMgAlF6
CN113372004A (zh) 一种硼酸盐闪烁微晶玻璃及其制备方法和应用
Melcher et al. Scintillator design via codoping
CN103422169B (zh) 缩短CsI(Na)晶体X、γ射线激发下发光衰减时间的方法
Rodnyi et al. Scintillating ceramics based on zinc oxide
CN115368897B (zh) 一种钾冰晶石型稀土闪烁材料
Fujimoto et al. Evaluation of characterization of rare-earth doped sesquioxide ceramic scintillators
Wagner et al. A hybrid organic/inorgaic scintillator for high performance measurements
CN113582548A (zh) 一种嵌有微晶相的硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法
CN103122484B (zh) 一种调控CsI(Na)晶体发光特性的方法
Mukhopadhyay High-resolution room temperature spectroscopy with lanthanum halides
Song et al. Enhancement of alpha/beta ratio in NaI: Tl, 6Li neutron-gamma scintillators by rare earth co-doping
Gao et al. Effects of rare earth codoping on the optical and scintillation properties of Cs3Cu2I5: Tl single crystals

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160601