無(wú)機(jī)閃爍晶體是一類光功能晶體材料,能將高能射線或粒子的能量轉(zhuǎn)化為可見或紫外光,從而實(shí)現(xiàn)高能射線或粒子的間接探測(cè)。鍺酸鉍(Bi4Ge3O12,BGO)晶體是一種綜合性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)閃爍體,具有密度高、有效原子序數(shù)大、射線阻止能力強(qiáng)、光電效應(yīng)比例大、物化穩(wěn)定性好和機(jī)械加工性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),在核醫(yī)學(xué)成像、高能物理、天體物理、石油測(cè)井、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、公共安全和工業(yè)在線檢測(cè)等輻射探測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,是最重要的無(wú)機(jī)閃爍晶體之一。
近日,中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員王紹華帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì),采用坩堝下降法(Bridgman Method)制備出直徑為5英寸(127mm)的BGO晶體,該晶體無(wú)色透明,無(wú)明顯缺陷,晶錠直徑可達(dá)135mm。該團(tuán)隊(duì)在對(duì)超大直徑BGO晶體制備中熱量、動(dòng)量和質(zhì)量等輸運(yùn)過(guò)程、固液界面形狀等基本科學(xué)問題的研究基礎(chǔ)上,通過(guò)裝置、方法和工藝的創(chuàng)新性設(shè)計(jì),結(jié)合3-4英寸直徑、600mm超長(zhǎng)和610×280×30mm3超寬晶體制備的豐富經(jīng)驗(yàn),突破了超大直徑BGO晶體制備中的一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸,研制出5英寸直徑BGO晶體,實(shí)現(xiàn)1-5英寸直徑系列化BGO閃爍晶體的制備。
在該工作前,全球范圍內(nèi)僅俄羅斯科學(xué)院無(wú)機(jī)化學(xué)研究所和法國(guó)圣戈班晶體公司曾報(bào)道可制備5英寸直徑BGO晶體,且采用的生長(zhǎng)方法均為提拉法(Czochralski Method),未見采用坩堝下降法制備5英寸直徑BGO晶體的公開報(bào)道,此前采用坩堝下降法制備BGO晶體的最大直徑為φ110mm,也是該科研團(tuán)隊(duì)于2004年在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)的。5英寸直徑BGO晶體是超高靈敏輻射探測(cè)裝置的關(guān)鍵高能射線探測(cè)材料之一,其成功研制必將進(jìn)一步鞏固上海硅酸鹽所在BGO晶體研究、開發(fā)與量產(chǎn)方面的既有全球領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),可滿足國(guó)內(nèi)外應(yīng)用端對(duì)大尺寸、高質(zhì)量和高性能BGO閃爍晶體的迫切需求。
該科研團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步優(yōu)化5英寸直徑BGO晶體的制備技術(shù)和工藝參數(shù),不斷提高所研制晶體的光學(xué)質(zhì)量和閃爍特性,以期早日實(shí)現(xiàn)該尺寸BGO晶體的低成本、可重復(fù)和批量化制備,并著手開展基于5英寸直徑晶體的閃爍探測(cè)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化與面向應(yīng)用開發(fā)工作,推動(dòng)國(guó)產(chǎn)5英寸BGO晶體及閃爍探測(cè)器在超高靈敏度輻射探測(cè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。
(看看新聞Knews記者:張幗霞 編輯:馨元)
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