鎢（鉬）酸鈣閃爍材料的單晶生長與發(fā)光性能.pdf

1、鎢（鉬）酸鈣閃爍單晶是性能優(yōu)良的閃爍探測器用材料。它們在高能物理、粒子物理、核物理和空間物理方面的應用前景，促使人們進一步的研究這兩種閃爍材料的單晶生長和發(fā)光性能。鎢（鉬）酸鈣單晶具有較高的發(fā)光效率，較短的發(fā)光余輝時間、較強的抗輻照損傷性能和較高的光產額與能量分辨率。本課題實驗在國內外首次使用坩堝下降法生長鎢（鉬）酸鈣材料，獲得了質量較高的鎢（鉬）酸鈣單晶材料。本論文系統的研究了鎢（鉬）酸鈣閃爍材料的單晶生長和發(fā)光性能，主要研究如下所示

2、：
　　1.多晶料的合成和單晶的生長。多晶料采用傳統的高溫固相法合成，在國內外首次使用坩堝下降法生長鎢（鉬）酸鈣單晶。通過多次的原料合成和單晶生長實驗研究，優(yōu)化了多晶料合成及單晶生長的工藝參數。
　　2.鉬酸鈣(CaMoO4)單晶的閃爍性能研究。對退火前后的CaMoO4單晶樣品進行了分析及表征，研究了室溫條件下的透射光譜、紫外激發(fā)(λex=300nm)和X射線激發(fā)發(fā)射光譜、熒光衰減時間以及光輸出等性質。結果表明：在紫外可見光

3、波段的透射光譜吸收截至邊的位置大約在321nm左右，并且曲線平滑，無吸收峰的出現，退火前后的CaMoO4晶片都具有較好的光學透過性；對比了紫外激發(fā)與X射線激發(fā)的發(fā)射光譜，退火前后的發(fā)光強度有所不同，但是發(fā)光波段基本以強烈的微秒級別的綠光發(fā)射為主；對于CaMoO4晶體退火前后的室溫紫外激發(fā)衰減時間有所不同，退火前為16.92μs(χ2=0.841)，退火后為15.56μs(χ2=0.813)，退火后的衰減時間相比退火前有所減少，這與晶體晶

4、格的氧原子空位所引起的色心缺陷等具有一定的關系；此外，對退火后的CaMoO4晶體的241Am激發(fā)源和137Cs激發(fā)源激發(fā)的光輸出進行了測試，其結果分別為51p.e./MeV和57.9p.e./MeV，它表明CaMoO4晶體具有較高的光輸出。
　　3.鎢酸鈣(CaWO4)單晶的閃爍性能研究。研究了透射光譜、發(fā)射光譜、能量分辨率、熒光衰減時間，光產額和絕對光輸出等。通過研究發(fā)現，CaWO4單晶具有較高的的光學透光性，透射率高到85％；

5、光致激發(fā)與X射線激發(fā)發(fā)射光譜顯示出CaWO4單晶材料具有較寬的藍光發(fā)光帶；通過γ射線激發(fā)的雙指數發(fā)光衰減時間的擬合，顯示出快發(fā)光衰減常量為τ1=5.4μs，慢發(fā)光衰減常量為τ2=177.1μs；在662keV的γ射線輻照下，CaWO4單晶的能量分辨率(FWHM%)為31.6%，在545.9道處具有全能峰的存在。此晶體的絕對光輸出為(用光電子數目表示)1590±30p.e./MeV，光產額表示為19000±1000photons/MeV，

6、可以看到CaWO4晶體光具有非常高的光輸出和光產額。這表明，坩堝下降可以用來生長高熔點、高質量的CaWO4晶體。
　　4. Er3+摻雜CaMoO4單晶的生長及發(fā)光性能表征。對退火前后的Er3+:CaMoO4晶體進行了分析，發(fā)現少量稀土離子的摻入基質中不會影響基質的晶格結構。對退火前后單晶試樣的透射光譜、吸收光譜、上轉換熒光光譜和近紅外熒光光譜進行了系統的測試：透射光譜表現出了此單晶的較高的透過性能和Er3+所具有的特征峰；對Er