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閃爍體基礎知識Ⅰ——概述

發布時間:2019-07-12 編輯:韓永飛

閃爍體對于很多人來說還是比較陌生的一種材料,但它在安全檢查、高能物理、醫療健康、石油勘探等領域有著廣泛的應用,可以說是工業材料中的一顆璀璨的明珠。下面我們就一起帶著疑問來進一步了解閃爍體的奧秘。

1、閃爍體是什么

閃爍體是一種能夠將X射線、γ射線或其它高能粒子轉化成可見光或紫外光的功能材料。如圖1所示為閃爍體探測的過程示意,首先由放射源產生的γ射線入射到閃爍體上,射線被閃爍體吸收產生閃爍光,然后由光探測器進行探測并將其轉換為電信號輸入到采集電路中,最終由采集電路讀出并數字化。其中,由閃爍體和光探測器組成的器件稱之為閃爍探測器。所以,通過閃爍體,我們可以將多種的不可見或未知高能粒子所攜帶的能量、強度、空間、時間等信息,轉換為可以被探測到的可見光信號,從而使得這些信息為我們所用。



閃爍體探測過程示意圖


2、閃爍體為什么會發光

閃爍體發光的本質是發光中心受高能粒子激發后,從激發態到基態能級躍遷的結果。根據發光中心的不同類型,閃爍體發光分為本征發光和激活中心發光,如圖2所示。如鎢酸鎘閃爍體是以鎢酸根離子為中心的本征發光,而摻鉈碘化鈉是以鉈離子為中心的激活中心發光。閃爍體中大部分都是激活中心發光的類型。其他類型的閃爍體,還有其他的發光機理。


閃爍體發光原理示意圖


3、閃爍體是如何獲得的

閃爍體中一種主要的類型是閃爍晶體,它都是通過晶體培育生長的方式獲得的,這是一門古老的“技藝”,其中既有科學性又有技術性。所謂“晶體生長”是控制物質在一定熱力學條件下進行的相變過程,它是各種復雜物理化學現象相互作用的結果。晶體生長的過程中受到熱力學和動力學兩個方面的各種因素的影響。閃爍晶體的生長主要是采用熔體生長法中較為經典的的提拉法(Czochralskimethod)和坩堝下降法(Bridgmanmethod),其基本原理和方法如圖3所示。


坩堝下降法                      提拉法

閃爍晶體生長方法示意圖


4、閃爍體可以用來做什么

基于閃爍體可以將高能粒子轉化為可見光的特性,它具有以下四個主要的應用領域:

· 安全檢查,閃爍體用于探測攜帶物品信息的X射線,可迅速查找到危害安全的材質,保障人民群眾的出行安全;

· 高能物理,主要用于探測物理實驗中或宇宙中產生的高能粒子,從而打開人類認知的大門;

· 醫療設備,用于探測經過人體的X射線或γ射線,來清晰地判定病變位置及大小,為醫生提供一雙透視的眼睛,保障人民群眾的健康安全;

· 石油勘探,用于探測地下自然伽瑪射線等,從而分析石油資源的儲量、位置信息。

除此之外,閃爍體還可以廣泛應用于地質勘探、工農業、環境監測等領域,包括鈾礦探測、測厚、探傷、液位計、農業示蹤及PM2.5監測等。

 


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