【原创】百科:闪烁体材料


来源:中国粉体网   梧桐

[导读]  神奇的闪烁体材料。

中国粉体网讯  当我们去医院体检时,医生通过CT机就可以了解我们体内的病变信息,这个过程离不开神奇的闪烁体材料。


图1 闪烁体材料在医学成像的应用 (图源:中科院上海硅酸盐研究所)


其主要工作原理就是将X射线透过目标,到达位于光耦探测器前端的闪烁体,闪烁体将携带样品内部结构信息的X射线转换成可以被CCD图像传感器接收的可见光。


图2 X射线探测器示意图(图源:Nature)


换句话说,闪烁体材料是一种能将入射在其上的高能射线(X / γ射线)或带电粒子转换为紫外或可见光的能量转换体。


图3 闪烁体材料转换机理 (图源:中科院上海硅酸盐研究所)


一般可以将闪烁体材料的发光机制分为:转换、运输、发光三个阶段。


在转换阶段,闪烁体材料吸收射线并生成高能的电子或空穴,通过与声子及其他电子相互作用,生成低能电子或空穴;在运输阶段,部分低能电子或者空穴通过非辐射复合的方法损失能量,剩余电子或空穴结合为电子-空穴对,或被发光中心俘获。在最后的发光阶段,电子-空穴对和发光中心退激发,并通过辐射复合的方式释放出紫外或者可见光。


图4 闪烁体材料发光机制三阶段(图源:发光学报)


1895年,德国物理学家伦琴发现了X射线并拍摄了人类历史上第一张X射线照片,使得钨酸钙成为世界上第一种闪烁体材料。


图5 德国物理学家伦琴和X射线照片(图源:中国核技术网)


经过百余年的发展,闪烁体材料的物质形态与结构不断丰富,包含有机闪烁体与无机闪烁体两大类。

图6 闪烁体材料的种类


在传统器件中,晶体是常见的闪烁材料形式,而近些年来,透明陶瓷的快速发展,突破了气孔、杂质相等光散射源的限制,实现了陶瓷作为闪烁体材料的应用。


图7 陶瓷中的各种散射光源(图源:中科院上海硅酸盐研究所)


兼具稳定物理化学性能与优异闪烁性能的透明闪烁陶瓷成为新一代高性能闪烁体材料重要发展方向之一。


图8 闪烁陶瓷材料(图源:上海烁杰)


(中国粉体网编辑整理/梧桐)

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