閃爍晶體熒光光譜測試系統

2019-02-21 17:19:00 2766閱讀次數

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閃爍晶體熒光光譜測試

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詞，但其實，在我們的日常生活中并不陌生。閃爍體是一種當被電離輻射激發之后會表現出發光特性的材料，是將高能轉換為可見光的一種典型光電轉換材料，可用于輻射探測和安全防護，通常在應用中將其加工成晶體，稱為閃爍晶體。

在醫學上，閃爍體是核醫學影像設備比如X光、CT等檢查設備的核心部件。同時，在行李安檢、集裝箱檢查、大型工業設備無損探傷、石油測井、放射性探測、環境監測等領域，閃爍體都發揮著不可替代的作用。

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各種閃爍晶體

典型材料

目前市面上比較成熟且商業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。

同時科學界也不乏對新型閃爍體材料的研究，2018年，西北工業大學的黃維院士、新加坡國立大學劉小剛教授、陳秋水博士以及福州大學楊黃浩教授等合作，發現了一種含有銫和鉛重原子成分的全無機鈣鈦礦納米晶閃爍體，其具有較強的X射線吸收能力、GX的三重態發光特征、可調控的電子能級結構以及較快的輻射發光速率。相關研究工作以“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”為題于Nature雜志在線發表。

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在X射線照射下全無機鈣鈦礦納米晶閃爍體的可調諧發光（數據截取自文章“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”）

典型閃爍晶體的參數特性

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( ? )	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)
Decay constant (ns )	1000	230	630	5	6	6	6	5 ms @ 540 nm	1-3(fast), 30-70(slow)
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試

既然說閃爍晶體是典型的光電轉換材料，那么測試閃爍晶體的發射光譜就必不可少了。此類材料主要用X射線做激發，用可見波段響應的探測器進行探測采集。

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

客戶案例

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系統由氙燈、激發光譜儀、樣品倉、發射光譜儀、探測器、數據采集器組成傳統熒光光譜測量系統，另耦合小型X光管用于閃爍晶體激發。

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選用美國MOXTEK公司 60KV 12W小型X光管對閃爍晶體進行激發，光源小巧且帶散熱，通過軟件控制輸出功率；

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CsI閃爍晶體實測數據

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YLF: 5%Ce3+閃爍晶體實測數據

美國MOXTEK小型X光管

我們可以提供不同靶材及外形尺寸。

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Moxtek?MAGPRO系列 60KV & 70KV X射線光源，該系列X光管使用簡單，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 Coo領:	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 year

目前卓立漢光的閃爍晶體熒光光譜測試系統的典型客戶代表有：中山大學、深圳大學、ZG科學院海西研究院等

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 Coo領:	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 year