閃爍晶體螢光光譜測試

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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。

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”）

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( 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	-

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

	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。
	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。

X射線激發樣品實拍圖

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。	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）。
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。	單獨X射線激發的閃爍晶體螢光光譜儀