閃爍晶體

玲瓏剔透、光彩奪目的金剛石以及五顏六色的天然寶石都是自然界出產的晶體。在人類文明的漫長進程中，由於寶石的瑰麗、罕見、珍貴，古代人們曾把它佩帶在身上，作為克邪護身的法寶，後來則被用來製作戒指、耳環、項璉等裝飾品，美化人們的生活。

晶體物質由於具有各種各樣的特性，所以還是各種技術用的重要材料，特別是在近代由於新技術的飛速發展，要求具有各種性能的晶體材料，而自然界蘊藏的晶體不論在質量上、數量和品種上都滿足不了需要，因此科學家就模擬自然界的成礦條件，採用人工方法來培育晶體，這就叫做人工晶體。

人工晶體種類繁多，真是五花八門，這裡要介紹的是近年來日益受到人們青睞的一大類晶體--閃爍晶體。

說到閃爍晶體，人們會感到陌生。我們知道，當高速度運動的電子流轟擊某些固體物質時，被轟物體能發生一種看不見的電磁波，叫做X光，X光的穿透本領是很大的，無論是人體的組織，還是幾厘米厚的鋼板，它們都能暢通無阻，因此可用來進行醫療診斷、工業探傷和物質分析等，但從X光管發出的X光，人們是看不見的，可是當它照射到一個熒光屏上就會發出熒光來，這樣醫生就看到了X光透視人體的情況，同樣質量檢驗員就可了解到被檢物體內部質量有沒有問題，這個熒光屏就起到了把人眼看不見的X光轉變成看得見的光線的作用。這些能在X光照射下激發出熒光來的材料叫做閃爍材料，當然閃爍材料除了在X光照射下會發出熒光外，其他像放射性同位素蛻變產生的高能射線如α射線、β射線照射它時也會發出熒光來，人們利用閃爍材料的這種特性做成了測量各種射線的探測器，即當高能射線照射到探測器上后，閃爍材料便發出熒光，射線愈強，發出的熒光愈強，這熒光被光電轉換系統接收並轉變成電信號，經過電子線路處理后，便能在指示器上指示出來，因此人們將這種探測器比喻為看得見X光和其他高能射線的"眼睛"。

通常應用的閃爍晶體材料都是用人工方法培育出來的，種類也很多，從化學成分來講有氧化物、鹵化物(包括碘化物、氟化物)等。

1、高能物理用閃爍晶體

由於高能物理實驗的前沿之一將是研究更高能量（～TeV級甚至更高）的輻射，裝置很大，需要晶體數量很多，因而要求閃爍晶體不僅具有高密度（≥7g/cm）、快衰減（15～50ns）和高抗輻照（～1TeV）等特性外，而且價格低廉。對光產額要求，相對較低。對這類閃爍晶體的研究和開發難度很大，特別具有挑戰性。主要的任務有：

（1）、研製新的高密度、快衰減閃爍晶體有兩條途徑。其一是，尋找新的高密度且適於Ce摻入的較低熔點（如<1300℃）的單晶基質材料，如含稀土的鎢酸鹽類；其二是，根據交叉發光機理（Cross Luminesecence），尋找新的低芯帶材料，可從高密度氟化物中篩選。

（2）、對高密度的Cherenkov晶體材料進行改性，使其成為閃爍晶體，如PbF2、NaBi(WO4)2等晶體。

（3）、優化已發現的摻Ce高密度晶體的性能

從文獻報道來看，有價值的材料主要集中在摻Ce的稀土硅（鋁）酸鹽，如GSO:Ce、LuAP:Ce、LSO:Ce以及Lux(RE)1-xAP:Ce等。

（4）、設法降低高熔點全稀土閃爍晶體的生長成本

如改進生長工藝參數提高單產量和合格率，進行技術革新降低生產成本。

2、核醫學成像用閃爍晶體

需要進一步提高現有閃爍晶體的質量，大幅度降低生產成本。如目前PET首選的閃爍晶體—BGO昂貴的價格是使PET的價格（上百萬美元）高居不下的因素之一。同時，為進一步提高空間解析度，有必要提高BGO的光學質量，消除當中的微小散射顆粒。

3、工業CT用閃爍晶體

進一步提高批量生產的CWO晶體的宏觀完整性，解決個體間性能差異較大的問題。對於高光產額且不易開裂的閃爍晶體，如CsI:Tl晶體，則需要開發大截面（>15×15cm）且具有較好均勻性的晶體，用於製作大平面CT或CCD相機。

4、國內閃爍晶體開發及相關產業中存在的問題

同國外相比，我國閃爍晶體從業的科研人員較少。閃爍晶體方面的人才培養單位只有上海硅酸鹽所等個別單位，而且晶體生長和性能研究方面結合得還不夠緊密。另外，我們自主開發的新型閃爍晶體較少，特別是在高熔點、高性能的閃爍晶體的研製方面還十分薄弱。在閃爍晶體的產業化運作方面，尚存在這樣或那樣的問題，與俄羅斯的BTCP相比，市場競爭能力還相對較弱。

就應用而言，國內閃爍晶體探測器件的製造單位還大多採用NaI:Tl或CsI:Tl等少數幾種晶體，性能更為優的閃爍晶體使用較少，甚至尚未使用用閃爍晶體。在工業CT和PET製造方面，我國尚處於試製階段。不過，令人欣慰的是，我國在閃爍探測器和整機的製造方面，正在進行合作（營），加強了開發的力度。