王绍涵,吴云涛,李焕英，史 坚,任国浩

(中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050)

0 引 言

中子探测在核医学临床诊断、核电站安全检测系统、粒子物理实验及国土安全等众多领域都有着极其重要的意义[1]。此前，3He气体探测器应用最为广泛，它具有很高的热中子探测效率和良好的伽马信号鉴别，但是由于3He气体只能从3H衰变中聚集，其供应量已远远不能满足不断提升的需求[2-3]。因此，最近十年人们把目光转向具有密度高、体积小、物化性能稳定和闪烁性能优良的无机闪烁晶体，期望它们成为3He气体探测器的替代品。

传统的无机闪烁体中子探测材料主要有6Li-glass∶Ce、LiI∶Eu和LiF/ZnS∶Ag。其中6Li-glass∶Ce响应时间短、成本低，但是其光输出较低，能量分辨率很差；6LiI∶Eu具有很好的热中子探测能力，但是其信噪比较低且不能进行脉冲形状分辨；6LiF/ZnS∶Ag具有160 000 ph/MeV的高光输出，但它是由6LiF/ZnS∶Ag粉末与有机黏合剂混合形成的不透明层，光学性能很差[4-5]。不断提升的需求催生了新一代中子探测闪烁体，主要有LiBaF3[6]、LiYSiO4[7]、LiCaAlF6[8]、Li6Gd(BO3)3[9]以及钾冰晶石类(elpasolites)闪烁体。

钾冰晶石闪烁体是化学通式为A2BB’X6的一组高对称化合物。其中:A、B属于碱金属离子，通常为Li、Na、Cs；B’是Y、La、Lu等稀土离子；X是卤素。主要化合物有Cs2LiYCl6∶Ce(CLYC)、Cs2LiLaCl6∶Ce(CLLC)和Cs2LiLaCl6∶Ce(CLLB)[10]。其中的Li离子被6Li置换后，使Ce∶Cs2LiYCl6晶体同时具有探测γ射线和中子的功能。CLYC是发现最早的elpasolites闪烁体，它在γ射线激发下的光输出为20 000 ph/MeV，中子激发下的光输出为70 000 ph/n，能量分辨率优于4.5%[1,11-13]。CLYC可以通过6Li(n,α)反应实现对热中子的探测。不仅如此，CLYC晶体的发射光谱中还存在一个超快的衰减时间，称为芯价发光(CVL)。……