La(Ce)Br3閃爍晶體的研究歷史及存在的問題*

李 雷，吳云濤，任國浩

(1.中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，上海 201800；2.寧波大學(xué) 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 寧波 315211)

0 引 言

閃爍晶體是指X射線、γ射線等高能射線或α粒子等高能粒子照射到晶體材料后，晶體材料中的電子受激躍遷而發(fā)出可見光或紫外光等閃爍光的光功能晶體。相對于半導(dǎo)體或其他輻射探測材料，閃爍晶體具有密度大、光輸出高、衰減時間短和對核輻射探測效率高等優(yōu)點(diǎn)，因而在高能物理、核物理、安全檢查、醫(yī)學(xué)成像和石油勘探等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是核輻射探測與計(jì)量的一類重要材料[1～6]。

閃爍晶體依據(jù)發(fā)光特點(diǎn)可劃分為兩大類：本征型和非本征型閃爍晶體。本征型閃爍晶體不需要摻雜其他發(fā)光離子，利用其自身的原子或原子團(tuán)即可發(fā)光；非本征型閃爍晶體則需要摻雜一種或幾種發(fā)光離子才能發(fā)光。常見的發(fā)光離子元素有Tl+、Ce3+、Eu2+、Bi3+、Tb3+、Nd3+和Yb3+等，通過對比可以知道Ce3+的5d→4f躍遷所產(chǎn)生的發(fā)光不僅有較高的光輸出、較好的能量分辨率，而且有較快的衰減時間以及好的時間分辨率等[2]。

LaBr3:Ce晶體從最初發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在將近20年的發(fā)展時間里，該晶體的性能得到了顯著地提升，該閃爍晶體擁有較大的密度(5.3 g/cm3)、優(yōu)良的能量分辨率(～3%FWHMEγ=662 keV)、較高的光輸出(>65 000 photon/MeV)、較快的衰減時間(τd<20 ns)等突出性能，在安全、醫(yī)學(xué)成像和地球物理學(xué)等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的閃爍晶體相比，在應(yīng)用前景上有巨大的優(yōu)勢，LaBr3:Ce晶體性能如表1所示。

表1 部分閃爍晶體的參數(shù)比較Table 1 Parametric comparison of partial scintillation crystals

但是，LaBr3:Ce晶體也存在著很多難以解決的問題，例如：晶體開裂嚴(yán)重、138La放射性核素干擾、潮解等，這一系列問題嚴(yán)重阻礙了LaBr3:Ce晶體的廣泛運(yùn)用。CeBr3晶體是繼LaBr3:Ce晶體之后人們重點(diǎn)研究的閃爍晶體之一，雖然該晶體也存在開裂、潮解等問題，但因其沒有138La放射性核素的干擾且在閃爍性能上與LaBr3:Ce晶體相接近而受到人們的廣泛關(guān)注。本文力求較全面的介紹CeBr3與LaBr3:Ce晶體，為后來的科研工作者提供有益的借鑒，推進(jìn)兩者在實(shí)際中得到更廣泛的應(yīng)用。

1 La(Ce)Br3閃爍晶體的結(jié)構(gòu)

LaBr3和CeBr3都屬于六方晶系，其空間群為P63/m，UCl3型結(jié)構(gòu)，具有不對稱六角形晶體結(jié)構(gòu)(螺旋軸)和非各向同性熱膨脹系數(shù)，在晶體生長后的冷卻過程中易產(chǎn)生裂紋。兩晶體密度分別為5.3、5.18 g/cm3，其中LaBr3的a=b=0.79 648 nm，c=0.45 119 nm，Z=2，為中級晶簇，其空間結(jié)構(gòu)如圖1所示[7]，La3+處于對稱的位置±(1/3 2/3 1/4)，Br-位于鏡面±(x,y,1/4;-y,Xy,1/4;y-x,-x,1/4)。整個晶體結(jié)構(gòu)呈對稱性，且為開放結(jié)構(gòu)，沿著c軸方向的通道降低了這種材料的填充密度，溴離子與特定鑭離子相鄰，圖中的黑色線條連接到鑭的九配位(位于平面通過c平移直接在這些位置上產(chǎn)生3個當(dāng)量溴)。

圖1 LaBr3晶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig 1 Schematic diagram of crystal structure of LaBr3

2 La(Ce)Br3晶體的發(fā)光特征

LaBr3晶體本身發(fā)光很弱，且隨著溫度的升高而減弱，需要引入激活劑Ce3+來增強(qiáng)發(fā)光。La(Ce)Br3晶體的發(fā)光光譜是由一個比較寬的紫發(fā)光帶組成的。對于閃爍晶體而言，其閃爍過程[8]是將高能射線(X射線、γ射線)或高能粒子(α粒子等)發(fā)出的能量吸收轉(zhuǎn)化為低能量光子的過程。閃爍晶體在電離作用之后處于非平衡狀態(tài)，開始弛豫到另一個平衡狀態(tài)。這樣的弛豫有大量的初級電子激子伴隨產(chǎn)生，經(jīng)過弛豫后產(chǎn)生二次激子(電子、空穴、光子和等離子)，這些電子激子產(chǎn)生大量熱化的電子-空穴對和低能量激子，最終轉(zhuǎn)化為光子。其閃爍發(fā)光過程具體有以下3個過程：(1)晶體吸收光子后被電離，產(chǎn)生一級電子和空穴并發(fā)生弛豫產(chǎn)生大量的次級電子、空穴、光子、激子等；(2)熱能化后的電子空穴對將能量傳遞給發(fā)光中心；(3)發(fā)光中心發(fā)光。

摻Ce閃爍體發(fā)光機(jī)理[3,9,12]：發(fā)光中心Ce3+作為比較重要的鑭系元素，只有一個4f1電子層的2F5/2和2F7/2兩種電子組態(tài)；5d電子層的2D3/2(2T2g)和2D5/2(2Eg)兩種電子組態(tài)。隨著4f電子進(jìn)入5d軌道，離子半徑增大，激發(fā)態(tài)具有不同的Ce配體平衡距離，激發(fā)態(tài)2Eg和2T2g在Oh點(diǎn)對稱位置的能量差與5d電子的晶體場參數(shù)10 Dq相對應(yīng)。Ce3+的5d→4f之間的能量約為3.4 eV，處于基質(zhì)晶體禁帶內(nèi)，屬于允許躍遷，其熒光光譜的譜帶比較寬、晶體光輸出很高和衰減時間比較快。當(dāng)閃爍晶體吸收外界的X射線或γ射線能量并與基體作用后，產(chǎn)生大量的電子-空穴對。晶體價帶中位于4f1基態(tài)的Ce3+捕獲空穴變?yōu)镃e4+，接著Ce4+捕獲導(dǎo)帶上的電子而又重新變?yōu)?d電子態(tài)上的Ce3+，此時Ce3+處于激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的Ce3+通過5d→4f的躍遷而產(chǎn)生閃爍光子。Ce3+的光激發(fā)和發(fā)射躍遷原理圖，如圖2所示[9]。

圖2 位形坐標(biāo)圖中Ce3+的光激發(fā)和發(fā)射躍遷的原理圖Fig 2 Schematic diagram of the relevant multiplets and the optical excitation and emission transitions of Ce3+

La(Ce)Br3晶體的閃爍發(fā)光原理有3種機(jī)制[10-12]：

(1)電子-空穴直接被Ce3+俘獲以傳遞能量機(jī)制

通過吸收高能射線的能量，價帶和導(dǎo)帶上受激發(fā)而產(chǎn)生了電子(e-)和空穴(h+)，這些電子、空穴在短時間內(nèi)(<1 ns)被Ce3+捕獲，由4f基態(tài)躍遷至5d激發(fā)態(tài)，之后Ce3+從激發(fā)態(tài)5d1(2T2g)能級躍遷回4f1(2F5/2，2F7/2)兩基態(tài)能級而發(fā)光。這個過程一般只需幾十ns，且在LaBr3:Ce晶體的發(fā)光中占據(jù)主導(dǎo)地位，其激發(fā)過程如圖3和式(1)、(2)(3)所示[10]：

圖3 Ce3+連續(xù)捕獲主要電荷載流子的閃爍模型[10]Fig 3 Scintillation model for Ce3+ continuous capture of primary charge carriers [10]

(1)

Ce4++e-→Ce3+*

(2)

Ce3+*→Ce3++hν

(3)

(2)電子-空穴對復(fù)合實(shí)現(xiàn)傳遞能量機(jī)制

這種機(jī)制有兩種可能：(1)價帶自由空穴最先被晶體基質(zhì)捕獲形成Vk心，自由電子被晶格中的淺亞穩(wěn)態(tài)(與缺陷有關(guān))捕獲躍遷為激發(fā)態(tài)，后經(jīng)退激發(fā)發(fā)射光子；(2)Ce3+先捕獲自由電子形成[Ce3++e-]心后捕獲之前形成的Vk心，經(jīng)空穴-電子之間的復(fù)合傳遞能量而激發(fā)Ce3+發(fā)光。這種發(fā)光機(jī)制的衰減時間比較長，有幾百納秒的數(shù)量級，其閃爍衰減的數(shù)學(xué)模型適用于單指數(shù)衰減公式：

I(t)=Ae-t/τ

(4)

式中：τ是Ce3+的5d態(tài)的衰減時間。

(3)自陷激子(STE)擴(kuò)散傳遞能量機(jī)制

通過自陷激子(STE)的擴(kuò)散而使熱活化能轉(zhuǎn)移到Ce3+上，即空穴首先被兩個Br-捕獲形成Vk心，隨后Vk心捕獲自由電子形成STE。能量轉(zhuǎn)移到Ce3+上使之處于激發(fā)態(tài)，之后通過躍遷到基態(tài)而發(fā)光。其激發(fā)過程如圖4及式(5)～(8)所示[10]：

圖4 STEs的產(chǎn)生和能量從STEs轉(zhuǎn)移到Ce的閃爍模型[10]Fig 4 Model of creation of STEs and energy transfer from STEs to Ce3+ [10]

(5)

Vk+e-→STE

(6)

Ce3++STE→Ce3+*

(7)

Ce3+*→Ce3++hν

(8)

在能量通過STE擴(kuò)散傳遞到Ce3+上而激發(fā)Ce3+發(fā)光的過程中通常存在著兩種不同的傳遞模式，如圖5所示[10]：

(1)慢過程：STEs上的熱活化能通過晶格遷移到Ce3+。

(2)快過程：激發(fā)能中的熱活化能在STEs接近Ce3+時開始由STE遷移到Ce3+上。

圖5 能量從STE轉(zhuǎn)移到Ce上的兩種不同模型[10]Fig 5 Model of scintillation illustrating two different STEs to Ce transfer processes [10]

通過STEs擴(kuò)散將能量傳遞給Ce3+的遷移效率與晶體基質(zhì)中的Ce3+濃度以及溫度有密切聯(lián)系，LaBr3:Ce晶體的衰減時間正是由這兩種機(jī)制相互作用而得到的。

3 晶體的現(xiàn)行生長方法

LaBr3和CeBr3的熔點(diǎn)分別為783、732 ℃，且為一致熔融化合物，因而適合于從熔體中生長。晶體的生長主要有提拉法和坩堝下降法等生長方法，為獲得較大尺寸的晶體通常采用坩堝下降法(Bridgman法)來生長。以純度為99.99%無水的LaBr3和CeBr3為原料，以適當(dāng)比例混合。為避免晶體在生長過程中的潮解和氧化，原料在超級凈化手套箱內(nèi)裝入潔凈的石英坩堝內(nèi)，在抽真空后快速熔封。然后，熔封好的石英坩堝置于雙溫區(qū)下降爐中，高溫區(qū)爐溫控制在合適的溫度使原料充分熔化，將坩堝調(diào)節(jié)至適當(dāng)高度保溫>10 h，然后使坩堝以0.5～1.5 mm/h的恒定速率平穩(wěn)下降。晶體生長結(jié)束后，停止下降，控制爐溫以恒定速率降至室溫，生長完成。

自La(Ce)Br3晶體發(fā)現(xiàn)以來，人們一直在試圖生長出大尺寸性能優(yōu)良的晶體，如圖6是美國圣戈班公司生長的晶體尺寸與年份的增長關(guān)系。在2005年，由于新型生長爐的投入使用，晶體生長過程中由于各向異性導(dǎo)致的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力得到大幅度降低，從而能夠生長出更大尺寸的晶體。目前的爐膛設(shè)計(jì)可以生長直徑大于200 mm的晶體，大大滿足了人們對大尺寸晶體的要求[13]。

圖6 晶體生長尺寸趨勢圖Fig 6 Dimensional trend chart of crystal production

4 La(Ce)Br3晶體存在的問題

4.1 晶體開裂的研究

晶體開裂是大部分晶體生長中所面臨的共同問題，La(Ce)Br3晶體同樣面臨著晶體開裂的問題，且生長尺寸越大，晶體越容易開裂。根據(jù)前人的研究可以總結(jié)出晶體開裂的原因大致有以下幾方面：熱膨脹各向異性突出、多晶生長、存在解離面等。根據(jù)對溴化鑭晶體沿[001]和[100]方向熱學(xué)性能的研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)LaBr3:Ce晶體在熱膨脹系數(shù)、彈性模量、抗壓強(qiáng)度和熱應(yīng)力表現(xiàn)出明顯的各向異性效應(yīng)，如表2所示。[100]方向的熱膨脹系數(shù)是[001]方向的3倍[7]。在相同的溫度范圍內(nèi)，晶體[100]方向的熱應(yīng)力是[001]方向上的10～20倍[14]，表現(xiàn)出明顯的差異性，這樣由于內(nèi)部應(yīng)力的積累，在晶體冷卻時，容易造成晶體開裂[15]，這是導(dǎo)致大尺寸晶體難以生長的主要原因。[001]方向是6次對稱軸方向，沿該軸方向生長，能夠在最大限度上消解由于高對稱性晶體所產(chǎn)生的應(yīng)力，晶體單元體的應(yīng)力狀態(tài)分析證實(shí)沿[001]方向生長晶體能夠最大限度的避免晶體開裂，對獲得完整的晶體較為有利[16]。因此，生長大尺寸晶體的關(guān)鍵是使晶體的生長方向沿著[001]方向生長，可使用籽晶來確定生長方向。

對于CeBr3晶體的開裂也可通過一定的摻雜在晶體內(nèi)部形成部分位錯，該位錯能夠起到結(jié)扎的作用，從而在一定程度上減輕晶體的開裂。

表2 LaBr3晶體不同方向上的熱膨脹系數(shù)α、抗壓強(qiáng)度P、彈性模量E對比Table 2 Comparison of thermal expansion coefficient α,compressive strength P and elastic modulus E in different directions of LaBr3 crystal

4.2 晶體的潮解與氧化問題

自鹵化物閃爍晶體，特別是非氟鹵化物晶體自發(fā)現(xiàn)以來，其吸濕性就一直是制約晶體生長和應(yīng)用的關(guān)鍵因素。由于溴化鑭晶體吸濕性很強(qiáng)，暴露在空氣中很容易吸濕潮解，在室溫下就能夠形成穩(wěn)定的結(jié)晶水合物，若密封在坩堝內(nèi)，在高溫狀態(tài)會形成不熔物雜質(zhì)，在晶體中形成散射、包裹體等各種缺陷，造成晶體透光率下降；晶體在常溫下不與氧發(fā)生反應(yīng)，但是在原料熔化的高溫下易被氧化。原料暴露在空氣中與水和氧氣的反應(yīng)如下[17]：

因此，在La(Ce)Br3晶體原料處理以及晶體加工的整個工藝制備過程中必須防止氧化和水汽的介入，對工藝加工環(huán)境要求極為苛刻，氧與水的含量均要求小于幾個ppm級，給晶體的制備、加工、封裝以及使用帶來困難，制約了這類晶體在各領(lǐng)域的廣泛使用[18-19]。因此如何解決晶體的吸濕性是科研工作者不斷探索的重要課題。

為防止晶體與水、氧的接觸，傳統(tǒng)的做法就是：在原料處理時，原料置于水、氧含量分別低于0.1 ppm的手套箱內(nèi)，然后裝入石英坩堝內(nèi)密封；晶體加工時，在干燥間內(nèi)置于航空煤油中切割，之后把切割好的晶體真空密封在鋁制套管中測試晶體性能。傳統(tǒng)做法不僅費(fèi)時，而且增加了晶體生長的成本，工藝操作復(fù)雜。桂強(qiáng)等人[20-21]通過在La(Ce)Br3晶體中摻入F或Cl元素，從而在一定程度上降低了晶體的吸濕性，但并沒有從根本上解決晶體的吸濕性缺陷，在這方面仍有待進(jìn)一步的探索。

4.3 晶體的放射性本底

所謂本底是指除了被測量的放射性核素外，其他所有能夠?qū)y量譜線的能量區(qū)間造成干擾的計(jì)數(shù)，比如宇宙射線、宇生放射性核素、原生放射性核素、電磁干擾、放射性污染等。

LaBr3:Ce晶體存在天然的放射性本底，主要來源于LaBr3:Ce晶體中不穩(wěn)定放射性同位素138La和227Ac及其發(fā)生的放射性核衰變。放射性本底譜主要來自138La的0.7和1.44 MeV的兩個γ躍遷，1.44 MeV的γ射線與晶體樣品中的40K衰變時產(chǎn)生的1.46 MeV的特征γ射線能量很接近，從而產(chǎn)生重峰。227Ac核素及其子體衰變時，在1.7 ～2.8 MeV能量范圍內(nèi)形成較高的本底計(jì)數(shù)[22]，而被探測體中的238U和232Th的特征峰正好在此能量段內(nèi)，分別位于1.76 、2.62 MeV，較高的放射性本底會對238U和232Th含量的分析造成顯著地影響。雖然138La元素的天然豐度為0.09%，但半衰期很長，約為1011年[23]。隨著溴化鑭晶體材料制造技術(shù)的提高，晶體本征放射性中227Ac(半衰期約22年)的含量已經(jīng)大幅度減少，227Ac衰變鏈產(chǎn)生的放射性計(jì)數(shù)干擾已經(jīng)大大降低，但放射性同位素138La的衰變是在1.5 MeV能量以下造成本底計(jì)數(shù)的主要因素[24]。

目前，獲取LaBr3:Ce放射性本底光譜的方法主要兩種：蒙特卡羅(MC)模擬法[25]和實(shí)驗(yàn)測量[26-28]，2016年陳曄等人[29]利用參考法來扣除LaBr3:Ce晶體中固有的放射性本底。該參考法分別獲取LaBr3:Ce和NaI(Tl)探測器的本底譜，之后利用蒙特卡羅(MC)模擬計(jì)算出兩個探測器的探測效率比，以效率校正后的NaI(Tl)本底譜估計(jì)LaBr3:Ce探測到的環(huán)境本底譜，從LaBr3:Ce譜中扣除環(huán)境本底譜就可以較準(zhǔn)確得到LaBr3:Ce自身的本底譜。

雖然上述方法能夠在一定程度上降低138La放射性本底對晶體的影響，但是并不能完全消除這種影響，為了避開138La放射性同位素的干擾，一些科研工作者開始關(guān)注具有本征閃爍特性的CeBr3晶體。CeBr3晶體是一種成本相對適中的LaBr3:Ce晶體的替代物，其放射性核素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于含鑭的鹵化物晶體，幾乎與碘化鈉相當(dāng)[30]如圖7所示，可獲得無138La雜質(zhì)的探測器。據(jù)報道，由于CeBr3晶體的固有活性較低，對于在3 MeV能量以下的伽馬射線，CeBr3探測器的探測靈敏度比LaBr3:Ce高出約5倍。因此，在消除放射性核素方面，CeBr3晶體是LaBr3:Ce晶體的理想替代者。

圖7 部分晶體中的放射性活度[30]Fig 7 Radioactivity in some crystals [30]

4.4 晶體摻雜效應(yīng)

摻雜劑以不同的濃度摻雜以及不同元素的摻雜對晶體性能的影響會有不同的效應(yīng)，無論哪種摻雜，最終都是以提升晶體閃爍性能為目標(biāo)的，下面是幾種常見的摻雜方式：

4.4.1 LaBr3為基質(zhì)的摻雜

(1)不同Ce3+濃度的摻雜。LaBr3本身發(fā)光很弱，摻入Ce3+能夠有效提升晶體的發(fā)光強(qiáng)度，但是摻雜的濃度不同，對于晶體的閃爍性能也會產(chǎn)生不同的效果，這就需要找到最佳的摻雜濃度以獲得晶體的最優(yōu)閃爍性能。從以往的文獻(xiàn)報道中可以得知：在一定范圍內(nèi)，隨著Ce3+濃度的增加，光輸出及時間分辨率逐漸變小，衰減時間逐漸變快且隨著晶體體積的增加，其性能能夠很好的保持，變化不大[31]；晶體光輸出的大小取決于晶體的質(zhì)量，當(dāng)摻雜的Ce3+濃度為5%時，晶體的相對光輸出最高，衰減時間最短，其快衰減成分能夠達(dá)到15 ns[32]。

(2)Ce與Sr/Ca/Ba二元共摻雜。在確定了Ce濃度摻雜的最佳值之后，在此基礎(chǔ)上為進(jìn)一步提升晶體的閃爍性能，2010年以來，法國的圣戈班公司開展了往LaBr3:Ce晶體中摻雜Ca,Sr,Ba等二價離子的實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)Sr共摻雜能夠使LaBr3:Ce晶體在662 keV的能量分辨率提高到2%，光輸出與能量之間的非線性也得到顯著改善[33,34]。

(3)CeCl3/CeF3的摻雜[20,21]。在摻雜Ce3+時以CeCl3或CeF3的形式引入，同時引入Cl-或F-，研究發(fā)現(xiàn)，LaBr3:Ce晶體中摻入部分Cl元素對于晶體的閃爍性能沒有很大的影響，但是能夠在一定程度上降低晶體的吸濕性。

4.4.2 CeBr3為基質(zhì)的摻雜

(1)SrBr3的摻雜。由于CeBr3晶體中存在著自吸收效應(yīng)，隨著晶體尺寸的增大衰減時間會逐漸延長，由于CeBr3的激發(fā)光譜的長波波段與其發(fā)射光譜的短波波段存在重疊，造成發(fā)射光譜中的短波長光被晶體吸收，再次激發(fā)Ce離子而發(fā)光，部分光子在晶體內(nèi)部不斷重復(fù)“發(fā)射-吸收-激發(fā)-發(fā)射”的過程，致使發(fā)射主峰的波長產(chǎn)生紅移和部分光子到達(dá)出光口的時間被延長，晶體尺寸越大，自吸收現(xiàn)象越嚴(yán)重，從而表現(xiàn)為晶體衰減時間隨著晶體尺寸的增大而延長的現(xiàn)象[5]。晶體的這種自吸收問題通過Sr摻雜能夠得到很好的改善，且對晶體的其他性能沒有太大的影響[35]。

(2)CeCl3的摻雜。與LaBr3:Ce晶體類似，CeBr3晶體也面臨著晶體潮解的問題，與CeCl3相比，CeBr3的潮解性更強(qiáng)，當(dāng)用Cl離子部分取代Br離子后所形成的CeClxBr3-x，其潮解性隨x的增多而減弱[36]。通過摻雜來縮短離子間距是抑制鹵化物潮解性的有效方法之一。

4.5 晶體的溫度效應(yīng)

晶體在一定溫度范圍內(nèi)，隨著環(huán)境溫度的升高，晶體性能會出現(xiàn)稍微的變化。LaBr3:5%Ce晶體在-30～60℃的溫度范圍內(nèi)的光輸出、能量分辨率及衰減時間與溫度有一定的關(guān)系[37]：以137Cs為發(fā)射源，γ射線激發(fā)下，晶體的光輸出表現(xiàn)出很高的熱穩(wěn)定性，約為-0.01%/℃，隨溫度的增加而表現(xiàn)出稍微下降的趨勢；溫度在-30～20 ℃之間時，隨著溫度的變化，晶體的能量分辨率基本保持不變；溫度在20～60 ℃之間時，晶體的能量分辨率會隨著溫度的上升而有輕微的增加；在-30～60 ℃的溫度范圍內(nèi)，晶體的衰減時間隨著溫度的上升有所增加，從(18.1±0.5) ns增加到(22±0.7)ns。此外，圣戈班公司針對溫度對BrilLance380溴化鑭探測器的脈沖高度及能量分辨率的影響所做的測試表明：當(dāng)溫度在0～55 ℃范圍內(nèi)時，溴化鑭晶體的光輸出變化小于1%；當(dāng)溫度在-65～140 ℃范圍內(nèi)時，光輸出變化小于5%，而溴化鑭探測器的能量分辨率對溫度的變化不敏感，具有一定的穩(wěn)定性[38]。從中可以得出，溫度對于晶體的閃爍性能是有一定影響的，在實(shí)際應(yīng)用中要注意這方面的影響。

圖8 BrilLance380溴化鑭探測器光輸出和能量分辨率對溫度的響應(yīng)[15]Fig 8 Temperature response of light output and energy resolution of BrilLance380 lanthanum bromide detector [15]

5 結(jié) 語

該篇綜述詳述了La(Ce)Br3閃爍晶體的結(jié)構(gòu)、發(fā)光特征及機(jī)理和晶體生長方面的開裂、潮解、本征本底等問題，綜合比較來看，La(Ce)Br3晶體是一類閃爍性能優(yōu)良的新型閃爍晶體。研究了20多年之后，在晶體生長、閃爍性能研究和可探測設(shè)備應(yīng)用等方面都取得了較大進(jìn)展，部分領(lǐng)域已有了一定程度的應(yīng)用，可以說La(Ce)Br3晶體將會是很有市場前景的新一代閃爍晶體，具有可在高能物理與核物理、醫(yī)學(xué)檢測、油井勘探等方面得到廣泛應(yīng)用的巨大潛力。但是，由于上面提到的生長和性能等問題，阻礙了它在現(xiàn)實(shí)生活中的大規(guī)模應(yīng)用，這也是制約該晶體全面取代傳統(tǒng)晶體的普遍問題，La(Ce)Br3晶體還需要進(jìn)一步的研究和改善。相信隨著晶體生長技術(shù)的不斷進(jìn)步及人們對La(Ce)-Br3晶體閃爍機(jī)理認(rèn)識的不斷深入，這一晶體定能夠發(fā)揮更大的作用。