近日，中科院上海光機(jī)所先進(jìn)激光與光電功能材料部特種玻璃與光纖研究中心團(tuán)隊(duì)，基于摻鈰高釓氟氧玻璃，首次實(shí)現(xiàn)大尺寸玻璃兼具高密度、高光產(chǎn)額和快衰減等特點(diǎn)。相關(guān)成果以“Scintillation and photoluminescence performance of Ce3+-doped high gadolinium oxyfluoride glass for Circular Electron-Positron Collider (CEPC)”為題，發(fā)表在Ceramics International。

閃爍玻璃兼具塑料閃爍體的低成本優(yōu)勢(shì)和閃爍晶體的高密度優(yōu)勢(shì)。早在上世紀(jì)90年代，歐洲核子中心就提出將閃爍玻璃用于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)上的電磁量能器。隨著2012年希格斯粒子在歐洲核子中心被發(fā)現(xiàn)，粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中的最后一塊拼圖已經(jīng)被找到。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)希格斯粒子和玻色子特性的深入研究和建立新的粒子物理模型，中國(guó)科學(xué)家提出在中國(guó)本土建造 100 km 周長(zhǎng)的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（CEPC）。其中作為高能射線能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)的閃爍材料需求量高達(dá)幾十噸以上，發(fā)展低成本大尺寸快閃爍玻璃是建設(shè)的關(guān)鍵，也是國(guó)際上的共識(shí)。

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圖1 (a) SBAGF玻璃實(shí)物圖，(b) SBAGF玻璃和BGO 晶體在137Cs (662 keV) 放射源下的能譜，(c) SBAGF玻璃的閃爍衰減曲線

2023年6月，研究團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所等單位合作研制新型高密度閃爍玻璃。通過(guò)調(diào)控玻璃組成，優(yōu)化還原制備工藝，研究團(tuán)隊(duì)制備了閃爍性能優(yōu)異的大尺寸（4 cm×4 cm×1 cm）摻鈰高釓氟氧玻璃（SBAGF），玻璃密度達(dá)到5.83 g/cm3，γ射線（137Cs）照射下光產(chǎn)額達(dá)到1198 ph/MeV，能量分辨率為33.0%。其中，閃爍衰減時(shí)間存在快慢兩個(gè)分量，分別為112 ns (3.31%)和1366 ns (96.69%)。該研究表明摻鈰高釓氟氧玻璃有可能成為CEPC高能射線探測(cè)的玻璃閃爍體材料。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.03.105