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北京卓立汉光仪器有限公司
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技术文章
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闪烁晶体荧光光谱测试系统
发布:北京卓立汉光仪器有限公司浏览次数:2727闪烁晶体荧光光谱测试
什么是闪烁晶体?
闪烁晶体到底是什么?可能很多人都没听过这个词,但其实,在我们的日常生活中并不陌生。闪烁体是一种当被电离辐射激发之后会表现出发光特性的材料,是将高能转换为可见光的一种典型光电转换材料,可用于辐射探测和安全防护,通常在应用中将其加工成晶体,称为闪烁晶体。
在医学上,闪烁体是核医学影像设备比如X光、CT等检查设备的核心部件。同时,在行李安检、集装箱检查、大型工业设备无损探伤、石油测井、放射性探测、环境监测等领域,闪烁体都发挥着不可替代的作用。
各种闪烁晶体
典型材料
目前市面上比较成熟且商业化的闪烁体有碘化铯(CsI:tl),碘化钠(NaI:tl),硅酸钇镥(LYSO:Ce),锗酸铋(BGO)和钨酸镉(CdWO4)等。
同时科学界也不乏对新型闪烁体材料的研究,2018年,西北工业大学的黄维院士、新加坡国立大学刘小刚教授、陈秋水博士以及福州大学杨黄浩教授等合作,发现了一种含有铯和铅重原子成分的全无机钙钛矿纳米晶闪烁体,其具有较强的X射线吸收能力、GX的三重态发光特征、可调控的电子能级结构以及较快的辐射发光速率。相关研究工作以“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”为题于Nature杂志在线发表。
在X射线照射下全无机钙钛矿纳米晶闪烁体的可调谐发光(数据截取自文章“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”)
典型闪烁晶体的参数特性
Properties/crystal
CsI (Tl)
NaI (Tl)
CsI(Na)
BGO
GSO
PWO
NPWO
CWO
ZnSe(Te)
Crystal structure
cubic
cubic
cubic
cubic
-
Tetragonal
Tetragonal
Tetragonal
-
Lattice constant( Å )
4.566
6.46
-
-
-
a = 5.416, c = 12.049
a=5,281, c=11,510
-
-
Melting point, °C
894
924
894
1050
1950
1123
920
1325
1773 - 1793
Density, g/cm3
4.51
3.67
4.51
7.13
6.71
8.28
7.57
7.9
5.42
Mohn hardness
2
2
2
5
6
3.5- 4.0(C)
4.9
4 - 4.5
-
Thermal expansion, 10-6/K
50
47.4
49
-
-
10
-
10.2
-
Refractive index
1.79
1.85
1.84
1.05-1.12
1.38
2.16
2.31
2.2 - 2.3
2.58 - 2.61 at 610 nm
Emission wavelength (nm )
560
410
420
300
440
450 / 420
520, Cherenkov eff.
470/540
610(fast), 640(slow)
Decay constant (ns )
1000
230
630
5
6
6
6
20 ns @ 470nm
1-3(fast), 30-70(slow)
5 ms @ 540 nm
Radiation length (cm )
1.86
2.9
-
-
-
0.92
-
0.3
-
Hygroscopic
yes
yes
yes
No
No
No
No
No
No
Afterglow % at 6ms
0.05 - 5.0
0.5 - 5.0
0.5 - 5.0
-
-
-
-
0.1
< 0.05
Effective atomic number
54
50
54
75
59
73
74
65
33
Light yield [photons/MeVy]
52- 56 x103
38 x 103
(35 - 42) x 103
-
-
22.6~ 25.6x 104
5% of BGO
1.2 - 1.5 x 104
8.0 x 104
Background, pulse/sec/kg
< 3.0
< 3.0
< 3.0
-
-
-
-
-
-
Crystal cleavage plane
none
-100
none
-
-
-101
-
-10
-
闪烁晶体的荧光光谱测试
既然说闪烁晶体是典型的光电转换材料,那么测试闪烁晶体的发射光谱就必不可少了。此类材料主要用X射线做激发,用可见波段响应的探测器进行探测采集。
卓立汉光可提供一成套的闪烁体荧光光谱测试解决方案(系统包含:X射线光管,样品仓,光谱仪,光电倍增管(PMT),单光子计数器,提供铅盒、含铅玻璃等系统防护)。
客户案例
系统由氙灯、激发光谱仪、样品仓、发射光谱仪、探测器、数据采集器组成传统荧光光谱测量系统,另耦合小型X光管用于闪烁晶体激发。
选用美国MOXTEK公司 60KV 12W小型X光管对闪烁晶体进行激发,光源小巧且带散热,通过软件控制输出功率;
CsI闪烁晶体实测数据
YLF: 5%Ce3+闪烁晶体实测数据
美国MOXTEK小型X光管
我们可以提供不同靶材及外形尺寸。
Moxtek®MAGPRO系列 60KV & 70KV X射线光源,该系列X光管使用简单,一端接上电源线供电,另一端连接电脑USB,即可通过软件输入电流值、电压值控制X光管的输出;
60KV & 70KV X射线光源 参数特性
Specifications
60kV
70kV
XRF
Imaging
XRF
Tube type:
Metal-ceramic
Operating Temp*:
-10º to +50º C
-10º to +50º C
-10º to +50º C
Storage Temp:
-20º to +85º C
Standard Coo领:
Forced air
Weight:
≤825g
≤900g
≤900g
Available Targets:
W, Rh, Ag, Cr, Cu, Mo
W
W, Mo
HV Polarity:
Grounded anode
High Voltage Potential:
5 to 60kV
50 to 70kV
40 to 70kV
Max Beam Current:
10 to 1000µA @ 5kV
10 to 240µA @ 50kV
10 to 300µA @ 40kV
Maximum Power:
12 watts
Focal Spot Size:
Typical ~400µm
Typical ~500µm
Typical ~500µm
Window:
Beryllium 125µm or 250µm (depending on target)
X-ray Beam Cone Angle:
~48°
~86°
~48°
Radiation Leakage:
as low as 2mR/h**
2mR/h at 50mm
<10mR/h at 50mm
Input Power:
24 VDC, 1.1A
Standard Warranty:
One year
目前卓立汉光的闪烁晶体荧光光谱测试系统的典型客户代表有:中山大学、深圳大学、ZG科学院海西研究院等
Specifications
60kV
70kV
XRF
Imaging
XRF
Tube type:
Metal-ceramic
Operating Temp*:
-10º to +50º C
-10º to +50º C
-10º to +50º C
Storage Temp:
-20º to +85º C
Standard Coo领:
Forced air
Weight:
≤825g
≤900g
≤900g
Available Targets:
W, Rh, Ag, Cr, Cu, Mo
W
W, Mo
HV Polarity:
Grounded anode
High Voltage Potential:
5 to 60kV
50 to 70kV
40 to 70kV
Max Beam Current:
10 to 1000µA @ 5kV
10 to 240µA @ 50kV
10 to 300µA @ 40kV
Maximum Power:
12 watts
Focal Spot Size:
Typical ~400µm
Typical ~500µm
Typical ~500µm
Window:
Beryllium 125µm or 250µm (depending on target)
X-ray Beam Cone Angle:
~48°
~86°
~48°
Radiation Leakage:
as low as 2mR/h**
2mR/h at 50mm
<10mR/h at 50mm
Input Power:
24 VDC, 1.1A
Standard Warranty:
One year
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