锌铊共掺碘化钠晶体的生长及闪烁性能

田东升; 张斌; 尹祖荣; 力茂林; 徐悟生; 张镇玺; 贾永超; 徐朝鹏

doi:10.37188/CJL.20230171

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

锌铊共掺碘化钠晶体的生长及闪烁性能

材料合成及性能 | 更新时间：2023-11-01

- 锌铊共掺碘化钠晶体的生长及闪烁性能
  增强出版
- Growth and Scintillation Properties of Zinc and Thallium-codoped Sodium Iodide Crystals
- 发光学报 2023年44卷第10期页码：1797-1802
- 作者机构：
  
  1.燕山大学信息科学与工程学院，河北省特种光纤与光纤传感实验室，河北秦皇岛　066004
  2.燕山大学理学院河北省微结构材料物理重点实验室，河北秦皇岛　066004
  3.秦皇岛本征晶体科技有限公司，河北秦皇岛　066000
  4.燕山大学环境与化学工程学院，河北秦皇岛　066004
- 作者简介：
  
  [ "田东升（1982-），男，内蒙古呼和浩特人，硕士，实验师，2007年于上海理工大学获得硕士学位，主要从事凝聚态物理的研究。" ]
  [ "徐悟生（1972-），男，黑龙江哈尔滨人，博士，高级工程师，2004年于哈尔滨工业大学获得博士学位，主要从事无机非金属材料的研究。" ]
  [ "贾永超（1986-），男，河北邢台人，博士，讲师，2014年于中国科学院长春应用化学研究所获得博士学位，主要从事稀土发光材料的设计与第一性原理的研究。" ]
  [ "徐朝鹏（1977-），男，黑龙江伊春人，博士，教授，2006年于哈尔滨工业大学获得博士学位，主要从事光电信息功能材料的研究。 E-mail： xuzhaopeng1@163.com" ]
- 基金信息：
  
  中央引导地方科技发展资金(206Z1101G);秦皇岛市科学技术研究与发展计划(202003B008);河北省创新能力提升项目(22567605H);河北省自然科学基金(E2021203126;C20220329);燕山大学基础创新科研培育项目(2021LGQN033)
- DOI：10.37188/CJL.20230171
  中图分类号：
扫描看全文
田东升,张斌,尹祖荣等.锌铊共掺碘化钠晶体的生长及闪烁性能[J].发光学报,2023,44(10):1797-1802.

TIAN Dongsheng,ZHANG Bin,YIN Zurong,et al.Growth and Scintillation Properties of Zinc and Thallium-codoped Sodium Iodide Crystals[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(10):1797-1802.
田东升,张斌,尹祖荣等.锌铊共掺碘化钠晶体的生长及闪烁性能[J].发光学报,2023,44(10):1797-1802. DOI： 10.37188/CJL.20230171.

TIAN Dongsheng,ZHANG Bin,YIN Zurong,et al.Growth and Scintillation Properties of Zinc and Thallium-codoped Sodium Iodide Crystals[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(10):1797-1802. DOI： 10.37188/CJL.20230171.

摘要

采用坩埚下降法生长了NaI∶Zn（0，0.05%，0.08%，0.4%），Tl（0.18%）晶体。对晶体样品进行了X射线粉末衍射、电感耦合等离子体发射光谱以及紫外可见近红外透射光谱测试。结果表明，生长的晶体具有单一的物相，Zn和Tl离子掺杂并没有改变NaI的晶体结构；随着Zn掺杂浓度的增加，晶体内的Zn,2+,离子浓度增加、Tl,+,离子浓度下降；晶体透过率随Zn掺杂浓度的增加呈现先增大后减小的趋势，Zn掺杂浓度为0.08%时，样品的透过率最高，且所有样品在350~700 nm波段的透过率均高于70%。经过切割、打磨、抛光、封装等工序将NaI∶Zn，Tl晶体封装成辐射探测元件。闪烁性能测试结果表明，在,137,Cs放射源激发下，Zn掺量为0.05%、0.08%时的NaI∶Zn，Tl晶体的能量分辨率≤6.80%，光输出相对于NaI∶Tl晶体增加6%~10%，这有利于NaI晶体在高能粒子探测领域的进一步应用。

Abstract

NaI∶Zn（0， 0.05%， 0.08%， 0.4%），Tl（0.18%） crystals were grown using Bridgman method respectively. The crystal samples were tested by X-ray powder diffraction， inductively coupled plasma emission spectra， and ultraviolet-visible near-infrared transmission spectra. The results show that the grown crystals have a single phase， and the crystal structure of NaI does not change with Zn and Tl ions doping. As the doping concentration of Zn increases， the concentration of Zn,2+, ions in the crystal increases， while the concentration of Tl,+, ions decreases. The transmittance shows a trend of firstly increasing and then decreasing with the increase of Zn doping concentration. When the doping concentration of Zn is 0.08%， the transmittance of the sample is the highest. The transmittance of all the NaI∶Zn，Tl crystals is higher than 70% in the 350-700 nm wavelength range. After cutting， polishing， and packaging processes， NaI∶Zn，Tl crystals were enveloped into radiation detection components. The scintillation performance test results showed that under the excitation of a ,137,Cs radiation source， the energy resolution of NaI∶Zn，Tl crystals with Zn doping of 0.05% and 0.08% were less than 6.80%， and the light output increased 6%-10% compared with that of NaI∶Tl crystal. This is conducive to the further application of NaI crystals in the field of high-energy particle detection.

关键词

碘化钠晶体Zn掺杂坩埚下降法晶体生长透过率能量分辨率相对光输出

Keywords

sodium iodide crystalZn2+ dopedBridgman methodcrystal growthtransmittanceenergy resolutionrelative light output

references

杨洁男，闻学敏，魏钦华，等. 红光-近红外发光卤化物闪烁晶体研究现状［J］. 发光学报， 2021， 42（11）： 1661-1672. doi: 10.37188/cjl.20210270http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210270

YANG J N， WEN X M， WEI Q H， et al. Current status of red and near-infrared emission halide scintillation crystals ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（11）： 1661-1672. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20210270http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210270

DE HAAS J T M， DORENBOS P. Advances in yield calibration of scintillators ［J］. IEEE Trans. Nucl. Sci.， 2008， 55（3）： 1086-1092. doi: 10.1109/tns.2008.922819http://dx.doi.org/10.1109/tns.2008.922819

GRABMAIER B C. Crystal scintillators ［J］. IEEE Trans. Nucl. Sci.， 1984， 31（1）： 372-376. doi: 10.1109/tns.1984.4333280http://dx.doi.org/10.1109/tns.1984.4333280

HOLL I， LORENZ E， MAGERAS G. A measurement of the light yield of common inorganic scintillators ［J］. IEEE Trans. Nucl. Sci.， 1988， 35（1）： 105-109. doi: 10.1109/23.12684http://dx.doi.org/10.1109/23.12684

SAKAI E. Recent measurements on scintillator-photodetector systems ［J］. IEEE Trans. Nucl. Sci.， 1987， 34（1）： 418-422. doi: 10.1109/tns.1987.4337375http://dx.doi.org/10.1109/tns.1987.4337375

KIM J， PARK K， HWANG J， et al. Efficient design of a ϕ2×2 inch NaI（Tl） scintillation detector coupled with a SiPM in an aquatic environment ［J］. Nucl. Eng. Technol.， 2019， 51（4）： 1091-1097. doi: 10.1016/j.net.2019.01.017http://dx.doi.org/10.1016/j.net.2019.01.017

AUSTIN R A， HOOTEN D. Comparison of neutron capture spectra taken by a constellation Xe-110 detector and a 1″×1″ NaI（Tl） crystal ［J］. J. Radioanal. Nucl. Chem.， 2009， 279（2）： 395-404. doi: 10.1007/s10967-007-7325-1http://dx.doi.org/10.1007/s10967-007-7325-1

KIM K W， ADHIKARI G， ADHIKARI P， et al. Pulse shape discrimination of nuclear recoil and electron recoil events with a NaI（Tl） crystal for dark matter search ［J］. IEEE Trans. Nucl. Sci.， 2016， 63（2）： 534-538. doi: 10.1109/tns.2016.2525765http://dx.doi.org/10.1109/tns.2016.2525765

KHOSHAKHLAGH M， ISLAMIAN J P， ABEDI S M， et al. Development of scintillators in nuclear medicine ［J］. World J. Nucl. Med.， 2015， 14（3）： 156-159. doi: 10.4103/1450-1147.163241http://dx.doi.org/10.4103/1450-1147.163241

任国浩，杨帆. 卤化物闪烁晶体的研究历史和现状［J］. 中国科学：技术科学， 2017， 47（11）： 1149-1164. doi: 10.1360/n092017-00108http://dx.doi.org/10.1360/n092017-00108

REN G H， YANG F. The research history and present situation of some halide scintillation crystals ［J］. Sci. Sinica Technol.， 2017， 47（11）： 1149-1164. （in Chinese）. doi: 10.1360/n092017-00108http://dx.doi.org/10.1360/n092017-00108

GRIDIN S， WILLIAMS R T， BELSKY A， et al. Carrier trap parameters in NaI with Tl， In， and Eu dopants ［J］. J. Phys. Chem. C， 2019， 123（22）： 13519-13530. doi: 10.1021/acs.jpcc.9b03429http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b03429

SHIRAN N， GEKTIN A， BOYARINTSEVA Y， et al. Modification of NaI crystal scintillation properties by Eu-doping ［J］. Opt. Mater.， 2010， 32（10）： 1345-1348. doi: 10.1016/j.optmat.2010.04.014http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2010.04.014

DORENBOS P. Light output and energy resolution of Ce3+-doped scintillators ［J］. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A， 2002， 486（1-2）： 208-213. doi: 10.1016/s0168-9002(02)00704-0http://dx.doi.org/10.1016/s0168-9002(02)00704-0

HANSON H G. Quenching of NaI fluorescence by H2， HCl， CO2， and H2O ［J］. J. Chem. Phys.， 1955， 23（8）： 1391-1397. doi: 10.1063/1.1742315http://dx.doi.org/10.1063/1.1742315

SABHARWAL S C， KATHURIA S P， GHOSH B. Effect of impurities on scintillation-optical and thermoluminescent properties of NaI（Tl）［J］. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A， 1987， 255（3）： 501-506. doi: 10.1016/0168-9002(87)91218-6http://dx.doi.org/10.1016/0168-9002(87)91218-6

YANG K， MENGE P R. Improving γ-ray energy resolution， non-proportionality， and decay time of NaI∶Tl+ with Sr2+ and Ca2+ co-doping ［J］. J. Appl. Phys.， 2015， 118（21）： 213106. doi: 10.1063/1.4937126http://dx.doi.org/10.1063/1.4937126

KHODYUK I V， MESSINA S A， HAYDEN T J， et al. Optimization of scintillation performance via a combinatorial multi-element co-doping strategy： application to NaI∶Tl ［J］. J. Appl. Phys.， 2015， 118（8）： 084901. doi: 10.1063/1.4928771http://dx.doi.org/10.1063/1.4928771

DER MATEOSIAN E， MCKEOWN M， MUEHLHAUSE C O. Response of sodium iodide crystals to alpha particles and electrons as a function of temperature ［J］. Phys. Rev.， 1956， 101（3）： 967-971. doi: 10.1103/physrev.101.967http://dx.doi.org/10.1103/physrev.101.967

STONEHAM A M， ITOH N. Materials modification by electronic excitation ［J］. Appl. Surf. Sci.， 2000， 168（1-4）： 186-193. doi: 10.1016/s0169-4332(00)00587-0http://dx.doi.org/10.1016/s0169-4332(00)00587-0

吴成国，裴克梅，何苏红，等. Mn2+/Eu3+共掺杂Zn2GeO4长余辉基质材料发光机理的研究［J］. 四川大学学报（自然科学版）， 2021， 58（6）： 064006.

WU C G， PEI K M， HE S H， et al. Luminescence mechanism studies on Mn2+/Eu3+ co-doped Zn2GeO4 long afterglow system ［J］. J. Sichuan Univ. （Nat. Sci. Ed.）， 2021， 58（6）： 064006. （in Chinese）

BLACKlOCKS A N， CHADWICK A V， JACKSON R A， et al. Investigation into thallium sites and defects in doped scintillation crystals ［J］. Phys. Status Solidi C， 2007， 4（3）： 1008-1011. doi: 10.1002/pssc.200673704http://dx.doi.org/10.1002/pssc.200673704

郑睿. PET用大尺寸硅酸钇镥闪烁晶体可控生长和均一性优化［D］. 武汉：华中科技大学， 2021.

ZHENG R. Controllable Growth and Uniformity Optimization of Large Size LYSO∶Ce Scintillation Crystal for PET Application ［D］. Wuhan： Huazhong University of Science and Technology， 2021. （in Chinese）

SU T M R， RILEY S J. Alkali halide photofragment spectra. I. Alkali iodide bond energies and excited state symmetries at 266 nm ［J］. J. Chem. Phys.， 1979， 71（8）： 3194-3202. doi: 10.1063/1.438766http://dx.doi.org/10.1063/1.438766

ADHIKARI R， LI Q， WILLIAMS R T， et al. DX-like centers in NaI∶Tl upon aliovalent codoping ［J］. J. Appl. Phys.， 2014， 116（22）： 223703. doi: 10.1063/1.4903766http://dx.doi.org/10.1063/1.4903766

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

高质量Tb₃Sc₂Al₃O₁₂磁光晶体的生长及性能

有机锡化合物掺杂聚乙烯基甲苯基塑料闪烁体的制备、光学和闪烁性能

连续氙灯发光光谱的设计与应用研究

薄膜厚度对GZO透明导电膜及其LED器件性能的影响

ZnO/SiO₂ 复合薄膜的光学性能