从氯化镧、溴化镧到溴化铈闪烁晶体的研究进展

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氯化镧(LaCl3:Ce)和溴化镧(LaBr3:Ce)晶体是本世纪初诞生的一类新型闪烁晶体,二者均具有高光输出(46000ph/MeV和61000ph/MeV),快衰减(25ns和35 ns),高的能量分辨率(3.2%和2.8%)和时间分辨率(224 ps和385 ps),好的线性响应和小的余辉等,因而可望在安全检查、辐射环境检测、地质勘探以及粒子物理等方面有非常广阔的应用前景。经过近二十年的研究,溴化镧(LaBr3:Ce)晶体已经超越氯化镧(LaCl3:Ce)晶体并且在晶体尺寸和闪烁性能得到不断的提升,特别是通过Sr或Ca离子的共掺杂,晶体光输出对能量响应的非比例性得到了显著提高。然而,随着研究的深入,溴化镧晶体中因含有138La和227Ac放射性同位素而使该晶体的辐射本底增强、探测灵敏度下降的问题逐渐暴露出来。人们在设法降低这些放射性核素丰度的同时开始关注与溴化镧晶体具有相同结构和相似性能、但具有较低放射性本底的溴化铈(CeBr3)闪烁晶体。研究表明,尽管其闪烁性能比溴化镧略微逊色,但它几乎不含放射性核素,而且是本征发光,发光均匀性甚至优于溴化镧晶体,因此在高灵敏、低计数率和快响应辐射探测方面展露出独特优势。最近几年,随着国产LaBr3和CeCl3原料质量的不断改进,与进口原料的差距正在迅速缩小,基于国产稀土卤化物原料所生长的闪烁晶体在性价比上得到迅速提高,应用市场会逐步扩大。本文综述了该系列稀土卤化物闪烁晶体最近二十年国内外的研究进展,以期促进我国稀土卤化物闪烁晶体的深度开发和高效应用。
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