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UA-24279210-1---
閃爍晶體螢光光譜測試
來源: Zolix光電儀器事業中心2020年應用案例第14期 作者: titan 發布時間: 2020-07-30 09:28 2643 次瀏覽
Zolix
什麼是閃爍晶體？
閃爍晶體到底是是什麼物質？可能很多人都沒聽過這個詞，但其實，在我們的日常生活中並不陌生。閃爍體是一種當被電離輻射激發之後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，可用於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。
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)，矽酸釔鑥(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、高效的三重態發光特徵、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-inorganicPerovskiteNanocrystal Scintillators”為題於Nature 雜誌線上發表。
典型閃爍晶體的參數特性
閃爍體的螢光光譜測試
既然說閃爍晶體是典型的光電轉換材料，那麼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，用可見波段回應的探測器進行探測採集。卓立漢光可提供一成套的閃爍體螢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
X射線激發樣品實拍圖
閃爍體螢光光譜測試全新設計
閃爍晶體到底是是什麼物質？可能很多人都沒聽過這個詞，但其實，在我們的日常生活中並不陌生。閃爍體是一種當被電離輻射激發之後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，可用於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。
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)，矽酸釔鑥(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、高效的三重態發光特徵、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-inorganicPerovskiteNanocrystal Scintillators”為題於Nature 雜誌線上發表。
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在X射線照射下全無機鈣鈦礦納米晶體閃爍體的可調諧發光（數據截取自文章“All- inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”） |
| 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( Å ) | 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 5 ms@540nm |
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 | 0.5 -5 | 0.5 -5 | - | - | - | - | 0.1 | < 0.05 |
| Effective atomic number | 54 | 50 | 54 | 75 | 59 | 73 | 74 | 65 | 33 |
| Light yield [photons/MeVy] | 52- 56 x10³ | 38 x10³ | (35 -42) x 10³ | - | - | 22.6~25.6x 10⁴ | 5% of BGO | 1.2 - 1.5 x10⁴ | 8.0 x 10⁴ |
| Background,pulse/sec/kg | < 3.0 | < 3.0 | < 3.0 | - | - | - | - | - | - |
| Crystal cleavage plane | none | -100 | none | - | - | -101 | - | -10 | - |
既然說閃爍晶體是典型的光電轉換材料，那麼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，用可見波段回應的探測器進行探測採集。卓立漢光可提供一成套的閃爍體螢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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系统由氙灯、激發光譜儀、樣品室、發射光譜儀、探測器、數據採集器組成傳統螢光光譜測量系統，另耦合小型X光管用於閃爍晶體激發。 |
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選用70KV12W小型X光管對閃爍體進行激發，光源小巧且帶散熱，通過軟件控制輸出功率。 |
閃爍體螢光光譜測試全新設計
採用封閉式的鉛盒包裹住樣品和X射線，提供暗環境的同時防止射線洩露，最大程度地保護測試人員。
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採用光纖收集樣品的螢光信號，可以完美地將螢光信號耦合到卓立漢光OmniFluo900 系列穩態-瞬態螢光光譜儀或是單獨的螢光採集模組中（單色儀＋探測器）。
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將X射線模組耦合到OmniFluo900系列螢光光譜儀中，可提供X射線激發和氙燈經單色儀分出單色光做激發。
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單獨X射線激發的閃爍晶體螢光光譜儀
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