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上海硅酸盐所成功研制出5英寸直径的大尺寸BGO闪烁晶体
2018-01-19 16:20:23 | 【 【打印】【关闭】

  无机闪烁晶体是一类光功能晶体材料,它们能将高能射线或粒子的能量转化为可见或紫外光,从而实现高能射线或粒子的间接探测。锗酸铋(Bi4Ge3O12BGO)晶体是一种综合性能优异的无机闪烁体,具有密度高、有效原子序数大、射线阻止能力强、光电效应比例大、物化稳定性好和机械加工性能优异等突出优点,在核医学成像、高能物理、天体物理、石油测井、环境监测、食品安全、公共安全和工业在线检测等辐射探测领域具有广泛应用,是最为重要的无机闪烁晶体之一。 

  近日,中国科学院上海硅酸盐研究所王绍华研究员带领的科研团队采用坩埚下降法(Bridgman Method)成功制备出直径为5英寸(127mm)的BGO晶体,该晶体无色透明,无明显缺陷,晶锭直径可达135mm。该团队在对超大直径BGO晶体制备中热量、动量和质量等输运过程、固液界面形状等基本科学问题的研究基础上,通过装置、方法和工艺的创新性设计,结合3-4英寸直径、600mm超长和610×280×30mm3超宽晶体制备的丰富经验,突破了超大直径BGO晶体制备中的一系列关键技术瓶颈,成功研制出5英寸直径BGO晶体,实现1-5英寸直径系列化BGO闪烁晶体的制备。 

  据悉,在本工作之前,全球范围内仅俄罗斯科学院无机化学所(NIIC, RAS)和法国圣戈班晶体(Saint-Gobain Crystals)公司曾报道可制备5英寸直径BGO晶体,且采用的生长方法均为提拉法(Czochralski Method),未见采用坩埚下降法成功制备5英寸直径BGO晶体的公开报道,此前采用坩埚下降法制备BGO晶体的最大直径为φ110mm,也是该科研团队于2004年在国际上率先实现的。5英寸直径BGO晶体是超高灵敏辐射探测装置的关键高能射线探测材料之一,其成功研制必将进一步巩固上海硅酸盐所在BGO晶体研究、开发与量产方面的既有全球领先优势,可满足国内外应用端对大尺寸、高质量和高性能BGO闪烁晶体的迫切需求。 

  该科研团队将进一步优化5英寸直径BGO晶体的制备技术和工艺参数,不断提高所研制晶体的光学质量和闪烁特性,以期早日实现该尺寸BGO晶体的低成本、可重复和批量化制备,并着手开展基于5英寸直径晶体的闪烁探测器结构设计、性能优化与面向应用开发工作,推动国产5英寸BGO晶体及闪烁探测器在超高灵敏度辐射探测领域的实际应用。 

 

上海硅酸盐所研制的5英寸直径BGO闪烁晶体 

 

上海硅酸盐所研制的1-5英寸直径系列化BGO闪烁晶体 

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