《高密度超快餘輝發光鉭酸鹽晶體的生長及發光機理研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由張慶禮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高密度超快餘輝發光鉭酸鹽晶體的生長及發光機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張慶禮
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
許多大型核醫學成像設備中探測信號的核心部件是高能閃爍晶體，它的密度高和發光餘輝短可以使得測量設備接收輻射靈敏度高，探測信號速度快，提高設備的成像性能。因此研發密度高、發光餘輝短、發光好的閃爍晶體對核醫學成像設備的創新有著關鍵的意義。我們在前一個基金中已經成功的找到了目前已知發光材料中密度最高（9.75g/cm3）、發光餘輝最短（亞納秒）、且發光良好的LuTaO4:Nd，密度遠高於、發光餘輝短於目前已實用的最優閃爍晶體(如PbWO4、Lu2SiO5:Ce和LuAlO3:Ce)。但是，核醫學成像設備中必須使用晶體而不是粉末，而該晶體難於生長，4f組態內的發光超快衰減與現有理論衝突還未能解釋。為了套用，必須解決這些難點，搞清此類閃爍晶體的發光機理，擴展這一類晶體的基質（鉭酸鹽、鎢酸鹽等），擴展稀土發光激活劑（稀土離子等），最佳化摻雜濃度，提高發光效率，實現套用上創新，特提出本申請。
結題摘要
發展快衰減重閃爍體是高能物理、核醫學成像等領域的重要需求。以高密度密度分別為9.8、8.94g/cm3的LuTaO4、GdTaO4為基礎，首次發現了數種新型快衰減重閃爍體，研究了它們的光譜和閃爍特性、發光機理、結構、單晶生長技術、相圖等，GdTaO4、Ca:GdTaO4已引起國內外相關用戶單位的興趣。主要結果為：1、測定了Lu2O3-Ta2O5相圖，為LuTaO4閃爍體的製備技術探索提供了依據；2、指認了Nd:RETaO4發光躍遷，確定了晶場能級，擬合了它們的哈密頓參數。3、將發光強度全譜擬合方法成功用於Nd:RETaO4發光強度擬合，獲得了躍遷強度參數A^l,tp，並由其計算了418nm快衰減發光上能級2P3/2壽命，給出了快衰減發光模型。4、發現了數種快衰減重閃爍體：(a)發現了密度為8.94g/cm3的GdTaO4存在快衰減發光，包含72.6、1236.2 ns兩個快慢成分，絕對光產額約為PbWO4(密度8.2g/cm3)的3~4倍，相對光產額與PbWO4相當，約為19 p. e. /MeV。改進了它的單晶生長工藝，生長了ϕ23× 30 mm的優質GdTaO4單晶。(b) 發現Ca離子摻雜GdTaO4可顯著縮短發光衰減時間， (5at%)Ca:GdTaO4多晶螢光衰減時間由46%、54％的5、57ns兩個成分組成，發光積分強度增強至二倍；生長了Ø20×30mm的 (0.45at%)Ca:GdTaO4單晶，三指數擬合其螢光壽命分別為1.8、17.4、221ns，相應比例為24%、43％、33％。(c)發現(1at%) Nd:LaTaO4(密度為7.8g/cm3)、(1at%) Nd:ScTaO4的418nm螢光壽命為59.5、86 ns，是潛在的重閃爍體。5、以Lu、Y部分替代GdTaO4中的Gd，用提拉法生長了Nd,Lu:GdTaO4、Nd,Y:GdTaO4單晶，研究了其結構、發光及雷射等，發現摻雜可加快GdTaO4的螢光衰減，但均降低了光產額。6、研究了La、Y、Sc替代Lu對Nd:LuTaO4、NdTaO4發光的影響，以及Pr:LuTaO4的結構、發光特性、Nd:LuTaO4的熱釋光。7、表征了GdTaO4、Nd,Y:GdTaO4的熱學特性等。這些新型快衰減重閃爍體有望用於高能物理核核醫學成像等領域。
