2.1 Ce³⁺摻雜氧化物玻璃

井岡山大學(xué)孫心瑗課題組通過調(diào)整玻璃的組分，制備了一系列Ce³⁺SiO2–B2O3–Al2O3–Gd2O3玻璃(GS-1)。2021年，閃爍玻璃合作組對這些玻璃的閃爍性能和高能物理上的應(yīng)用進行了深入的研究。圖2(a)所示是玻璃與BGO晶體在¹³⁷Cs源下的能譜，玻璃的光產(chǎn)額為802 ph/MeV，能量分辨率為26.77%。相同測試條件下，玻璃被SiPM探測到的光子數(shù)約為BGO晶體的1/6。

 

圖 2. (a) 鋁硼硅酸鹽玻璃和BGO 晶體在¹³⁷Cs (662 keV) 放射源下的能譜；(b) 余輝曲線

2022年，中國計量大學(xué)秦來順、唐高課題組制備了密度約為 4.2 g/cm³的不同濃度xCe³⁺摻雜Gd2O3–Al2O3–SiO2(x = 0.3 mol%、0.7 mol%、1.1 mol%、1.5 mol%、1.9 mol%)閃爍玻璃(GS-2)。

2.2 Ce³⁺摻雜微晶玻璃

2021年，哈爾濱工程大學(xué)任晶課題組在0.5 Ce³⁺摻雜70KLGF析出KLaF4 Ce³⁺微晶相，并通過Gd3+取代La3+的方式獲得了陽離子混合型的KLa1-xGdxF4:Ce³⁺納米晶，利用能量傳遞效應(yīng)顯著提高了微晶玻璃的閃爍性能。進一步地，制備了Ce³⁺摻雜GC-2微晶玻璃。圖3(a) 所示是該玻璃在137Cs 放射源下的能譜，玻璃的光產(chǎn)額為1601ph/MeV，能量分辨率為27.27%，探測到的光子數(shù)約為BGO 晶體的1/3。圖3(b) 所示是玻璃的閃爍衰減時間曲線，存在快慢兩個分量，分別為210.39 ns(52.6%) 和1622.01 ns(47.4%)。 

圖 3. (a) K2O–Y2O3–Gd2O3–SiO2微晶玻璃在¹³⁷Cs (662 keV)放射源下的與BGO晶體的能譜；(b) 閃爍衰減時間曲線

3. 總結(jié)與展望

過去的閃爍玻璃注重光學(xué)性能，X 射線激發(fā)光方面的提升，而如今高密度、高光產(chǎn)額、快衰減時間以及抗輻照特性成為評價閃爍玻璃性能的重要指標。目前，Ce³⁺摻雜閃爍玻璃最高光產(chǎn)額能夠達到4300 ph/MeV，最大密度可以超過6.9 g/cm³。但是，閃爍玻璃依然難以兼顧高密度、高光產(chǎn)額的性能。

為了解決這一問題，今后的制備方法和研究方向可以集中在：1) 通過對玻璃原材料的進一步提純減少原料中的雜質(zhì)，以此減少玻璃中的缺陷；2) 加入適量的澄清劑，改善玻璃攪拌工藝，減少玻璃中的氣泡以提高玻璃的透過率；3) 使用還原氣氛以及合適的還原劑，避免Ce 離子的氧化；4) 使用部分氟化物替代氧化物，降低玻璃的熔點以減少剛玉坩堝中雜質(zhì)的引入，提升玻璃的均勻性；5) 減少玻璃中對閃爍性能不利的元素的引入，增加Gd 元素在玻璃中的比重。

論文原文：華哲浩，隋澤萱，錢森，等. Ce³⁺摻雜閃爍玻璃的研究進展. 光電工程，2023，50(5): 220247. doi: 10.12086/oee.2023.220247

相關(guān)鏈接：https://cn.oejournal.org/article/doi/10.12086/oee.2023.220247