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Zr^(4+)共掺对Cs_(2)LaLiBr_(6):ce晶体的中子/伽马甄别性能的影响

无机材料学报 2024年第5期39卷 539-546页

作者：郑中秋魏钦华童宇枫唐高尹航秦来顺中国计量大学材料与化学学院杭州310018 中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心上海201899

中子探测技术广泛用于国土安全、核材料安全检测以及高能物理等领域,由于3He资源紧缺,近年来急需开发出能够同时甄别中子/伽马的新型闪烁晶体,Cs_(2)LaLiBr_(6):ce(cllb:ce)晶体具有良好的中子/伽马甄别能力、优异的能量分辨率以及高的... 详细信息

中子探测技术广泛用于国土安全、核材料安全检测以及高能物理等领域,由于3He资源紧缺,近年来急需开发出能够同时甄别中子/伽马的新型闪烁晶体,Cs_(2)LaLiBr_(6):ce(cllb:ce)晶体具有良好的中子/伽马甄别能力、优异的能量分辨率以及高的光输出,但其中子/伽马甄别性能有待进一步提高。本研究采用垂直布里奇曼法成功生长了Zr^(4+)共掺杂的cllb:ce晶体。通过不同表征手段研究了Zr^(4+)共掺杂cllb:ce晶体的结构和组分,结果表明Zr^(4+)成功掺入基质材料且对基质晶体结构不产生明显的影响,Zr^(4+)共掺杂后没有产生新的发光中心,紫外衰减时间约为27.0 ns,仍具有较快的荧光衰减。Zr^(4+)共掺杂cllb:ce晶体的品质因子(Figure of Merit,FOM)从1.2提高到1.5,表明其中子/伽马甄别能力得到改善。结合热稳定性和闪烁衰减时间,探讨了衰减时间对FOM的影响机制,Zr^(4+)共掺杂可以抑制浅电子陷阱和Vk中心,减少电子捕获和脱陷过程,使ce^(3+)直接捕获的概率大大增加,从而表现出更快的衰减速率。本研究显示,Zr^(4+)共掺杂cllb:ce晶体在中子/伽马探测领域具有潜在的应用前景。

关键词：闪烁晶体 cllb:ce 中子/伽马甄别钾冰晶石结构

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Cs2LiLaBr6:ce闪烁晶体生长及性能的研究

Cs2LiLaBr6:Ce闪烁晶体生长及性能的研究

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作者：何君雨中国计量大学

学位级别：硕士

钾冰晶石结构闪烁晶体CsLi La Br:ce（cllb:ce）具有良好的n/γ双读出能力,综合性能优异,作为中子探测闪烁晶体引起了广泛的关注,在核安检和防止核扩散、核泄漏等国土安全领域的应用日趋重要。然而高光学质量cllb:ce单晶生长困难,结晶... 详细信息

钾冰晶石结构闪烁晶体CsLi La Br:ce（cllb:ce）具有良好的n/γ双读出能力,综合性能优异,作为中子探测闪烁晶体引起了广泛的关注,在核安检和防止核扩散、核泄漏等国土安全领域的应用日趋重要。然而高光学质量cllb:ce单晶生长困难,结晶行为尚不明晰,成为其应用瓶颈之一。本文通过研究cllb:ce晶体生长行为,优化生长工艺,从而制备出直径可达1.5英寸高光学质量的cllb:ce单晶,对其光学和双读出性能进行表征。获得了以下主要结论:（1）通过XRD、ICP-OES和SEM分析测试表明cllb晶体生长末端的不透明部分均为共晶组织,由Li Br和cllb两相组成。cllb晶体生长时存在组分过冷和伪共晶现象,导致晶体毛坯的透明单晶比例较低。通过自发成核坩埚下降法,采用Li Br过量50%非化学计量配比,避免包晶反应,并优化温度梯度、生长界面等工艺参数,克服组分过冷和伪共晶,透明单晶部分比例从47%提高至81%。直径为0.5、1和1.5英寸的cllb:ce闪烁晶体,宏观质量良好,在500 nm后可见光区透过率达到84%。（2）Cs源662 ke V激发下,cllb:1%ce晶体样品光输出约La Br:ce晶体的60%,能量分辨率为3.7%。Na源511 ke V激发下,cllb:1%ce光输出～43950 Photons/Me V,能量分辨率为4.1%,优于BGO标样;cllb:1%ce衰减时间为119、518、2227 ns。（3）cllb:1%ce晶体样品n/γPSD甄别优良。cllb:1%ce晶体在Cf源的FOM高达1.42,在Pu-Be源下,cllb:1%ce晶体的离线FOM为1.2。cllb:1%ce晶体的中子衰减时间的快成分占比相比γ射线更大。

关键词： cllb:ce 中子探测组分过冷晶体生长闪烁性能

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