面向集裝箱安檢應(yīng)用的Mg4Ta2O9閃爍晶體及其摻雜改性

馬云峰,徐家躍,蔣毅堅(jiān),BOURRET-COURCHESNE Edith

(1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201418；2.北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院，北京 100124； 3.加州大學(xué)勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，加州伯克利 94720)

0 引 言

鉭酸鹽是一類重要的功能材料，比如鉭酸鹽電子陶瓷、鉭酸鋰鐵電晶體等。近年來，作者等在研究 MgO-Ta2O5體系化合物時(shí)，制備出三種鉭酸鎂化合物Mg4Ta2O9、Mg3Ta2O8和MgTa2O6晶體，并發(fā)現(xiàn)Mg4Ta2O9具有優(yōu)異的閃爍性能[18-19]，其光輸出為16 000 ph/MeV，高于CdWO4晶體的14 000 ph/MeV；X射線作用激發(fā)其衰減時(shí)間為 5.7 μs，優(yōu)于CdWO4晶體的14 μs；其能量分辨率為6.2%，優(yōu)于CdWO4晶體的8.3%。特別是該晶體環(huán)境友好，從生產(chǎn)、加工到應(yīng)用、回收都沒有環(huán)境污染問題。因此，Mg4Ta2O9晶體是一種很有應(yīng)用潛力的安檢用新型閃爍材料。在行李安檢系統(tǒng)中，行李傳送帶的速度為0.2～0.45 m/s，對于這種低速運(yùn)動來說，使用CsI∶Tl+晶體，它較長的余輝，約2%/2 ms，不會對圖像分辨率有太大的影響，但在集裝箱安檢的高速應(yīng)用中，長余輝的CsI∶Tl+晶體受到限制，CdWO4的余輝較低，小于0.01%/3 ms，適合應(yīng)用于快速通關(guān)的集裝箱貨物安檢系統(tǒng)中。Mg4Ta2O9的余輝與CdWO4相當(dāng)，約為0.011%/3 ms[20]，具有高于CdWO4晶體的光產(chǎn)額及能量分辨率，是一種面向集裝箱安檢應(yīng)用的新型閃爍晶體。

本文將介紹Mg4Ta2O9晶體的晶胞結(jié)構(gòu)、制備方法、閃爍性能的研究進(jìn)展及通過摻雜優(yōu)化Mg4Ta2O9晶體閃爍發(fā)光性能。

1 Mg4Ta2O9的晶胞結(jié)構(gòu)

圖1 Mg4Ta2O9的晶胞結(jié)構(gòu)Fig.1 Crystal structure of Mg4Ta2O9

2 Mg4Ta2O9晶體制備方法

2.1 微下拉法

微下拉法(micro-pulling-down method, μ-PD)是一種可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量單晶光纖制備的晶體生長技術(shù)，具有節(jié)約原料、降低成本、坩堝后處理簡單、單晶生長速率大、晶體縱橫比大、晶體截面形狀可控和可生長高分凝系數(shù)的晶體等諸多優(yōu)勢，在新材料探索以及單晶性能優(yōu)化方面具有重大開發(fā)價(jià)值。2018年，本研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用微下拉法在不同條件下生長出三個(gè)無色透明無裂縫Mg4Ta2O9晶體[18-19]，如圖2所示。圖2(a)顯示的晶體尺寸為φ1.2 mm×97 mm，采用Mg(OH)2和Ta2O5高溫固相合成的純相Mg4Ta2O9，與占比10%(摩爾分?jǐn)?shù))Mg(OH)2混勻作為生長起始物原料，采用流量為20 mL/min、壓強(qiáng)為1.5 atm(1 atm=101 325 Pa)流動氬氣作為生長氣氛，以0.05 mm/min的速度進(jìn)行生長。圖2(b)顯示的晶體尺寸為φ1.4 mm×76 mm，改用MgO和Ta2O5高溫固相合成法的純相Mg4Ta2O9，與占比10%(摩爾分?jǐn)?shù))MgO混勻作生長起始物原料，生長氣氛及生長速度等條件不變。為得到較大直徑的晶體，因而提高坩堝內(nèi)熔液溫度，使得單位時(shí)間從坩堝底部錐形尖端部位通孔的熔液流量加大，得到尺寸為φ2.0 mm×16 mm的Mg4Ta2O9無色透明無裂縫單晶，如圖2(c)所示。

圖2 微下拉法生長Mg4Ta2O9單晶，尺寸為：(a)φ1.2 mm×97 mm;(b)φ1.4 mm×76 mm;(c)φ2.0 mm×16 mm[18-19]Fig.2 Micro-pulling-down grown Mg4Ta2O9 crystals sized by (a) φ1.2 mm×97 mm; (b) φ1.4 mm×76 mm; (c) φ2.0 mm×16 mm[18-19]

2.2 光學(xué)浮區(qū)法

2015年，李亮等[21]用光學(xué)浮區(qū)法(optical floating-zone method, Fz)生長了如圖3所示的直徑5～8 mm長度65 mm的有裂縫的Mg4Ta2O9晶體棒，最大的完好晶粒尺寸為φ4 mm×12 mm，生長速度為6 mm/h，上、下棒以10 r/min的速率反向旋轉(zhuǎn)，生長氣氛是流量為0.5 L/min壓強(qiáng)為0.2 MPa的流動空氣，并且表征了晶體的拉曼光譜。

圖3 (a)Mg4Ta2O9晶體棒的縱切面圖;(b)垂直于晶體生長方向切割的晶片;(c)晶片的偏光顯微鏡照片;(d)生長的Mg4Ta2O9晶體棒[21]Fig.3 Photographs of (a) longitudinal cross section of the Mg4Ta2O9 crystal obtained from suddenly shut down lamp powder after melting zone became thin; (b) crystal wafer cut perpendicular to the growth direction; (c) as-grown crystal wafer under polarizing microscope in cross transmission conguration; (d) as-grown corundum Mg4Ta2O9 crystal[21]

2018年，本研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用光學(xué)浮區(qū)法生長了Mg4Ta2O9晶體[18,22]，用于研究其閃爍性能。采用自發(fā)成核生長并用優(yōu)選的Mg4Ta2O9晶體做籽晶，分別設(shè)置生長速度0.3 mm/h、2 mm/h、1 mm/h和2 mm/h，生長出的晶體形貌如圖4(a)、(b)、(c)、(d)所示。橫截面圓片A1、A2、B、C、D1、D2、D3顯示晶體透明，但有少量裂縫?？傮w來看，改變生長速率并不能有效去除裂縫，但能夠改善開裂問題并能夠改變晶體的透明程度。生長速率越大越透明，裂縫越多，如圖4所示，在2 mm/h條件下生長的晶體Crystal rod B和D(見圖4(b)和4(d))比在1 mm/h條件下生長的Crystal rod C(見圖4(c))透明，在0.3 mm/h條件下生長的Crystal rod A(見圖4(a))總體透明度最差。這是由于晶體在1 830 ℃以上生長時(shí)，熔液中MgO分子在高溫下?lián)]發(fā)，使得生長出的晶體組分偏離化學(xué)計(jì)量比程度不同所致。光學(xué)浮區(qū)法的特點(diǎn)是通過聚光加熱直徑小于10 mm的料棒，形成穩(wěn)定的熔區(qū)，通過在豎直方向以一定速率移動聚光位置，從而移動懸浮熔區(qū)下方的固液界面，邊熔化邊結(jié)晶，在下方形成結(jié)晶棒。如果移動速率及晶體生長速率不同，懸浮熔液中MgO分子的揮發(fā)程度不同，生長速度越慢，揮發(fā)程度越大，組分偏離越大，透明程度越差。通過CCD顯現(xiàn)在電腦屏幕上的熔區(qū)臨近區(qū)域的實(shí)時(shí)影像圖，仔細(xì)觀察固液界面下方新結(jié)晶體的形貌，發(fā)現(xiàn)固液界面附近大的溫度梯度會使結(jié)晶體在下移并快速冷卻的過程中，內(nèi)部積聚大量應(yīng)力，導(dǎo)致下移到一定位置，開始出現(xiàn)裂縫。生長速率從2 mm/h變?yōu)? mm/h再變?yōu)?.3 mm/h，分別對應(yīng)所生長的三根晶體棒Crystal rod B、C和A，晶體的開裂程度依次減弱。這是由于新結(jié)晶體下移速率越小，下移過程中體內(nèi)積聚的應(yīng)力釋放的越多，開裂程度越小。但在開裂程度減小的同時(shí)，晶體越渾濁。考慮在高溫結(jié)晶體下降經(jīng)過的區(qū)域安置較小直徑的氧化鋁陶瓷管，如圖5所示，起到隔熱保溫的作用，減小了高溫結(jié)晶體的散熱空間，減緩降溫速率，避免了結(jié)晶體快速散熱引起的應(yīng)力急劇釋放導(dǎo)致開裂的弊端，在2 mm/h的生長速率下，生長的晶體棒Crystal rod D的開裂程度相比同樣生長速率下生長的Crystal rod B大為減弱，如圖4(d)和4(b)所示。

圖4 光學(xué)浮區(qū)法生長Mg4Ta2O9單晶，尺寸為(a) φ4 mm×50 mm; (b) φ(3～4) mm×60 mm; (c) φ4 mm×46 mm; (d) φ4 mm×62 mmFig.4 Optical floating-zone grown Mg4Ta2O9 crystals sized by (a) φ4 mm×50 mm; (b) φ(3～4) mm×60 mm; (c) φ4 mm×46 mm; (d) φ4 mm×62 mm

2020年，原東升等[20]在固液界面下方放置了厚度更大的隔熱管，隔熱效果更好，如圖6(a)所示，使得所生長的晶體在下移的過程中，應(yīng)力變小，解決了裂縫問題，生長出無色透明尺寸為φ3.5 mm×50 mm的Mg4Ta2O9單晶。

圖5 放置在熔區(qū)下方的Al2O3管[18]Fig.5 Al2O3 tube set to below molten zone[18]

圖6 (a)隔熱管放置在浮區(qū)爐石英管生長腔室里面的裝置 改進(jìn)圖。實(shí)時(shí)陶瓷-熔液-晶體圖：(b)等徑生長階段的熔區(qū)圖； (c)收尾階段的熔區(qū)圖[20]Fig.6 (a) Photograph of the modified setup-insulating tube-inside the quartz growth chamber of our floating-zone furnace. Real-time ceramic-melt-crystal image recorded at the (b) cylinder and (c) tailing growth stage, respectively[20]

3 Mg4Ta2O9晶體閃爍性能的研究進(jìn)展

本研究團(tuán)隊(duì)率先探索了137Cs 662 keV γ射線激發(fā)Mg4Ta2O9單晶的閃爍性能[18,22]，測試了微下拉法生長的晶體Crystal 1、Crystal 2、Crystal 3和光學(xué)浮區(qū)法生長的晶體Crystal A、Crystal B、Crystal C、Crystal D及相參照的閃爍晶體NaI∶Tl、BGO、CdWO4的光產(chǎn)額及能量分辨率，晶體樣品切割至如表1所示的尺寸，經(jīng)光學(xué)拋光后，包覆幾層反射紫外光的聚四氟乙烯膠帶，放置在光電倍增管上，連接至型號為Canberra 2005的前置放大器、型號為Ortec 672的光譜放大器和型號為Ortec EASY-MCA-8K的多通道檢測儀，測試結(jié)果如表1所示?？偟膩碚f，光學(xué)浮區(qū)法生長的晶體的光產(chǎn)額及能量分辨率明顯優(yōu)于微下拉法生長的晶體樣品。用微下拉法生長的三個(gè)晶體樣品Crystal 1、Crystal 2、Crystal 3中，Crystal3的閃爍性能最優(yōu)，光產(chǎn)額為4 860 ph/MeV，在1 000 ℃空氣中退火12 h后光產(chǎn)額提高至5 400 ph/MeV。用光學(xué)浮區(qū)法生長的晶體樣品中，Crystal C2方形薄片的閃爍性能最優(yōu)，光產(chǎn)額為16 000 ph/MeV，能量分辨率為6.2%。微下拉法生長的晶體X射線激發(fā)發(fā)射譜圖(見圖7)相比光學(xué)浮區(qū)法生長的晶體X射線激發(fā)發(fā)射譜圖(見圖8)，在600～1 000 nm的波段，微下拉法生長的晶體具有2～3個(gè)缺陷發(fā)光峰，光學(xué)浮區(qū)法生長的晶體幾乎不具有缺陷發(fā)光峰，可以推斷微下拉法生長的晶體的缺陷引起的發(fā)光削弱了紫外波段的本征閃爍發(fā)光，從而使得閃爍性能明顯不如光學(xué)浮區(qū)法生長的晶體。從圖7可以看出，Crystal 1的缺陷發(fā)光峰有三個(gè)，峰位分別為678 nm、792 nm及860 nm，三者中678 nm處的發(fā)光峰最強(qiáng)。相比較Crystal 2和Crystal 3的X射線激發(fā)發(fā)射譜圖，多出較強(qiáng)的678 nm的缺陷發(fā)光，這個(gè)缺陷峰抑制了紫外本征發(fā)光，在光產(chǎn)額的測試結(jié)果中反映出來。在相同條件退火處理消除應(yīng)力后，Crystal 1樣品的光產(chǎn)額在三者中最低，為3 800 ph/MeV。這個(gè)缺陷發(fā)光峰的出現(xiàn)，與晶體的制備原料有關(guān)， Crystal 1用Mg(OH)2和Ta2O5原料制備，而Crystal 2和Crystal 3采用MgO和Ta2O5， Mg(OH)2和MgO在Ir坩堝內(nèi)高溫熔融狀態(tài)下的揮發(fā)程度及熔化習(xí)性不一樣，并且不同原料的微量雜質(zhì)不同，組分的偏離及雜質(zhì)的影響都有可能導(dǎo)致某種缺陷的形成。三種缺陷峰的指認(rèn)還在研究當(dāng)中?？梢钥闯鯩gO相比較Mg(OH)2，更適合作為Mg4Ta2O9閃爍晶體的制備原料，所以后續(xù)的光學(xué)浮區(qū)法生長階段采用MgO及Ta2O5作生長原料。表1表明光學(xué)浮區(qū)法生長的晶體的閃爍性能從高到低依次為Crystal C、Crystal B、Crystal D、Crystal A。這與用于測試的晶體樣品的結(jié)晶質(zhì)量有關(guān)。初步推斷結(jié)晶質(zhì)量越好，即組分偏離等化學(xué)計(jì)量比(Mg∶Ta∶O摩爾比=4∶2∶9)越小及微裂縫越少，晶體樣品的閃爍性能越好。Crystal A樣品的光產(chǎn)額及能量分辨率相比其他三種樣品明顯過低，這是由于Crystal A晶體生長時(shí)采用的生長速率過低，為0.3 mm/h，而Crystal B采用2 mm/h，Crystal C采用1 mm/h，Crystal D采用2 mm/h。過低的生長速度導(dǎo)致熔融狀態(tài)下的MgO有過長的揮發(fā)時(shí)間，導(dǎo)致組分偏離。Crystal B的光產(chǎn)額為10 692 ph/MeV，比Crystal D的光產(chǎn)額8 270～10 080 ph/MeV略高，雖然上述兩者都采用2 mm/h的生長速率，但不及用1 mm生長速率生長的Crystal C的光產(chǎn)額16 000 ph/MeV，由此可見生長速率2 mm/h對于Mg4Ta2O9這種晶體材料，顯得過快，會導(dǎo)致結(jié)晶質(zhì)量不高，對比來看，1 mm/h的生長速率更適合作為Mg4Ta2O9的生長速率，更有利于結(jié)晶質(zhì)量的提高及閃爍性能的優(yōu)化。

表1 Mg4Ta2O9晶體的光產(chǎn)額及能量分辨率Table 1 Estimated Mg4Ta2O9 scintillation light output and energy resolution

圖7 微下拉法生長的Mg4Ta2O9晶體室溫X射線 激發(fā)發(fā)射譜圖Fig.7 Room temperature X-ray excited emission spectra for Mg4Ta2O9 crystals grown by micro-pulling-down method

圖8 光學(xué)浮區(qū)法生長得Mg4Ta2O9晶體室溫X射線 激發(fā)發(fā)射譜圖Fig.8 Room temperature X-ray excited emission spectrum of Mg4Ta2O9 crystals grown by optical floating-zone method

如表1所示，Crystal C2在所有Mg4Ta2O9測試樣品中，閃爍性能最優(yōu)，光產(chǎn)額為16 000 ph/MeV，能量分辨率為6.2%。圖9為用于測定及計(jì)算最優(yōu)Mg4Ta2O9晶體樣品Crystal C2及參照樣品NaI∶Tl+、BGO和CdWO4晶體的光產(chǎn)額及能量分辨率的137Cs γ射線脈沖譜圖，結(jié)果如表1所示，NaI∶Tl、BGO、CdWO4的光產(chǎn)額及能量分辨率分別為44 000 ph/MeV、8 000～10 000 ph/MeV、14 000 ph/MeV及9.92%、6.40%、8.3%，Mg4Ta2O9晶體的光產(chǎn)額及能量分辨率優(yōu)于CdWO4及 BGO晶體。光產(chǎn)額是NaI∶Tl+晶體的36.4%，但能量分辨率明顯優(yōu)于NaI∶Tl+的9.92%。

Mg4Ta2O9晶體的脈沖X射線激發(fā)的衰減時(shí)間譜圖測試表明，其主衰減時(shí)間為5 705 ns，占比92.5%。

原東升等[20]用光學(xué)浮區(qū)法在2 mm/h的生長速率下，生長出無裂縫的Mg4Ta2O9單晶，測得其光產(chǎn)額為11 000～15 000 ph/eV，能量分辨率為6%，主衰減時(shí)間為4 501.8 ns，占比80.08%。測得其余輝為0.011%/3 ms，與CdWO4的余輝大小相近。證明Mg4Ta2O9作為無毒性元素的新型的閃爍晶體在快速通關(guān)的集裝箱安檢領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

圖9 光學(xué)浮區(qū)法生長的Mg4Ta2O9晶體C2晶片的脈沖強(qiáng)度譜，尺寸為1 mm×2 mm×2 mm；對比樣品BGO晶大小為 1 mm×2 mm×2 mm；CdWO4晶體大小為5 mm×5 mm×5 mm；NaI∶Tl+晶體尺寸為4 mm×10 mm×8 mmFig.9 Pulse height spectra of a small piece of Mg4Ta2O9 crystal C2 with a size of 1 mm×2 mm×2 mm compared with that from a BGO crystal sized by 1 mm×2 mm×2 mm, a CdWO4 crystal sized by 5 mm×5 mm×5 mm and a NaI∶Tl+ crystal 4 mm×10 mm×8 mm

用于集裝箱安檢的X射線源的能量最大能達(dá)到9 MeV[26]，這就要求晶體對如此高能的X射線有大的射線阻止本領(lǐng)和發(fā)光量子效率，因此密度和有效原子序數(shù)要盡量大，這是高的量子效率和射線阻止本領(lǐng)的保障。其次要求余暉盡可能低，這樣能夠有效去除成像時(shí)出現(xiàn)的“偽影”，便于快速檢測。閃爍發(fā)光的波長要盡可能靠近商用光電倍增管和硅光電二極管的敏感波段，這有利于提高探測器的光電轉(zhuǎn)換效率，光產(chǎn)額和能量分辨率越高，圖像的信噪比就越高。值得一提的是雖然集裝箱安檢對衰減時(shí)間無苛刻要求，但衰減時(shí)間短，像其他X射線輻射探測應(yīng)用一樣，有利于提高設(shè)備探測的時(shí)間分辨率。如表2所示，Mg4Ta2O9的密度、有效原子序數(shù)及X射線阻止本領(lǐng)低于CdWO4晶體，高于CsI∶Tl+晶體。Mg4Ta2O9的光產(chǎn)額、能量分辨率及衰減時(shí)間性能優(yōu)于CdWO4晶體，不及CsI∶Tl+晶體。總體來說，CsI∶Tl+由于余輝過高，密度過低，限制了它在集裝箱安檢方面的應(yīng)用。CdWO4含有毒Cd元素，在生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)節(jié)會不符合環(huán)保要求，Mg4Ta2O9晶體閃爍性能與CdWO4晶體相當(dāng)，無毒環(huán)保，成為應(yīng)用于集裝箱安檢領(lǐng)域取代CdWO4晶體的候選材料之一。

表2 Mg4Ta2O9 晶體與其他應(yīng)用于集裝箱安檢設(shè)備的商用閃爍晶體的性能對比[23-25]Table 2 Comparison of properties of Mg4Ta2O9 with other commercial scintillators that applying to container inspection equipment[23-25]

4 Mg4Ta2O9摻雜優(yōu)化閃爍發(fā)光性能

如果通過在Mg4Ta2O9基質(zhì)中摻雜其他元素，部分替換其中的Mg或Ta，提高光產(chǎn)額，圖像清晰度將會大幅提高，更有利于在集裝箱安檢領(lǐng)域的應(yīng)用。本研究團(tuán)隊(duì)致力于將二價(jià)過渡族元素Zn替代Mg4Ta2O9中的Mg位即合成純相不同摻雜濃度的(Mg1-xZnx)4Ta2O9閃爍粉體，調(diào)節(jié)Mg4Ta2O9晶格結(jié)構(gòu)中的Mg(1)O6和Mg(2)O6八面體的Mg—O鍵長和鍵角，寄希望提高基質(zhì)晶格對高能射線的吸收度，從而提高M(jìn)g4Ta2O9材料的閃爍發(fā)光強(qiáng)度，獲得高光產(chǎn)額的新型閃爍發(fā)光材料(Mg1-xZnx)4Ta2O9。致力于通過Nb5+對Mg4Ta2O9中Ta5+位的替代，寄希望高能射線激發(fā)的發(fā)射峰紅移，峰強(qiáng)增大。系統(tǒng)地測試了(Mg1-xZnx)4Ta2O9和Mg4(Ta1-yNby)2O9高純粉末的X射線激發(fā)發(fā)射譜，與同等條件下測試Mg4Ta2O9高純粉末的X射線激發(fā)發(fā)射譜進(jìn)行比較，預(yù)估摻雜改性后晶體的光產(chǎn)額。發(fā)現(xiàn)最優(yōu)配比(Mg0.8Zn0.2)4Ta2O9粉末在30 keV X射線激發(fā)下發(fā)射峰位于347 nm，半高寬為93 nm，相比Mg4Ta2O9粉末的相同條件下測試的發(fā)射峰藍(lán)移，發(fā)光強(qiáng)度為Mg4Ta2O9的1.98倍，估算得到(Mg0.8Zn0.2)4Ta2O9晶體的光產(chǎn)額為31 627 ph/MeV，如圖10(a)所示。最優(yōu)配比Mg4(Ta0.6Nb0.4)2O9在30 keV X射線激發(fā)下發(fā)射峰位于391 nm，半高寬為95 nm，相比Mg4Ta2O9粉末的相同條件下測試的發(fā)射峰紅移，發(fā)光強(qiáng)度約為Mg4Ta2O9的3.38倍，估算得到Mg4(Ta0.6Nb0.4)2O9的光產(chǎn)額為54 012 ph/MeV，如圖10(b)所示。

圖10 在30 keV X射線激發(fā)下：(a)(Mg0.8Zn0.2)4Ta2O9的發(fā)射譜圖；(b)Mg4(Ta0.6Nb0.4)2O9的發(fā)射譜圖Fig.10 Emission spectra of (a) (Mg0.8Zn0.2)4Ta2O9 and (b) Mg4(Ta0.6Nb0.4)2O9 under 30 keV X-ray excitation

5 結(jié)語與展望

用微下拉法生長的Mg4Ta2O9的晶體直徑為1～2 mm，用光學(xué)浮區(qū)法生長的晶體尺寸為3～4 mm，生長大尺寸Mg4Ta2O9晶體還未見報(bào)道。Mg4Ta2O9晶體的生長溫度為1 830 ℃以上，如果用提拉法生長較大尺寸單晶，需要用到Ir或其他耐高溫的較大直徑的坩堝。Mg4Ta2O9晶體在結(jié)晶后降溫過程中容易積聚應(yīng)力導(dǎo)致開裂，并且在高溫熔化狀態(tài)下，熔液中MgO分子極易揮發(fā)，如何在長時(shí)間的晶體生長過程中保持熔液組分恒定的條件下生長等化學(xué)計(jì)量比的Mg4Ta2O9晶體并避免開裂，成為生長尺寸Mg4Ta2O9晶體的技術(shù)難點(diǎn)。Mg4Ta2O9晶體的光產(chǎn)額和余輝大小與廣泛應(yīng)用于集裝箱安檢的CdWO4晶體接近，又由于其無毒性元素、能量分辨率及衰減時(shí)間均小于CdWO4晶體，使得其成為面向集裝箱安檢應(yīng)用的新型閃爍晶體材料。初步研究表明通過摻Zn或Nb能顯著提高其光產(chǎn)額，光產(chǎn)額的提高使得圖像清晰度增大，更有利于其應(yīng)用在集裝箱安檢領(lǐng)域中。接下來應(yīng)繼續(xù)探索其他元素?fù)诫s的Mg4Ta2O9摻雜改性規(guī)律，優(yōu)化該基質(zhì)材料的閃爍性能。并利用提拉法等晶體生長方法，生長大尺寸Mg4Ta2O9晶體，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。