杨帆,任国浩

(1南开大学物理科学学院,天津 300071;2中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 201800)

0 引言

近年来,随着核医学成像、高能物理、核物理、闪烁照相和核安检等技术的发展,辐射探测应用对闪烁晶体的性能提出了越来越高的要求。闪烁体最重要的三个性能指标是:光输出、能量分辨率和衰减时间/响应时间,因此新一代闪烁体的研发聚焦在这三个指标上有所突破。随着新一代稀土掺杂的闪烁晶体 LaBr3:Ce[1]、SrI2:Eu[2,3]、Cs2LiYCl6:Ce(CLYC:Ce)[4]、Lu2SiO5/Lu2-xYxSiO5:Ce(LSO/LYSO:Ce)[4,5]、Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)[6]、Lu3Al5O12:Ce(LuAG:Ce)[7]的性能不断提高,闪烁晶体在光产额和能量分辨率这两个指标上已经逐渐接近其理论上限,可提升空间较为有限[8-11]。但对于衰减时间/响应时间这个指标,闪烁晶体还有非常大的提升空间[12]。与此对应,各种应用场景对于闪烁晶体发光的时间要求也越来越高,在很多潜在应用中已经处于没有闪烁体能够满足应用需求的尴尬境地。例如,通过飞行时间技术建造的正电子发射断层扫描技术要准确确定出511 keV光子复合的位置,必须具备小于100 ps的时间分辨率[13],高重频辐射成像和高亮度粒子物理实验均需要快响应辐射探测器,因此希望闪烁体的衰减时间接近或小于纳秒量级[14-19],而目前没有闪烁体可以满足这些对于闪烁发光的衰减时间/响应时间要求。

可以看到,未来闪烁晶体研究的目标是:开发具有皮秒量级闪烁发光、具有优秀的光输出和能量分辨率的闪烁晶体。一般认为衰减时间小于3 ns的闪烁晶体为超快闪烁晶体,只有开发新型超快闪烁晶体才能为这些应用提供合适的探测材料[20]。……