[发明专利]一种调控CsI(Na)晶体发光特性的方法

说明书

技术领域

本发明属于核辐射探测及无机发光材料领域，涉及一种用于快X射线脉冲辐射探测材料的制备方法，特别涉及一种调控CsI(Na)晶体发光特性的方法。 

背景技术

碘化铯晶体是一种应用广泛的卤化碱金属闪烁体，其物理密度大，对X射线具有较高的吸收能力。但纯CsI晶体发光时间短（3.5ns），发光效率低（4-6%NaI（Tl））。钠激活剂的掺入，使晶体的发光效率大幅提高，发光主要成份由310nm转移到420nm，更有利于发射光与光电倍增管的耦合。被广泛应用于核辐射成像、核医学、空间探测等领域。特别是，CsI（Na）晶体对重带电粒子、伽马射线展现极为独特的辐射响应和探测性质，已成为暗物质探测等国际前沿课题的理想探测材料。但是，钠激活剂的掺入，同时使晶体的发光衰减时间由3.5ns减慢为650ns，这一特性从根本上限制了其在快脉冲辐射场探测及高空间分辨率核辐射成像方面的应用。 

目前，对于CsI（Na）晶体X射线激发下的发光特性研究，主要集中在通过改变钠激活剂掺杂浓度、晶格缺陷等影响CsI（Na）晶体X射线激发下的发光特性，但对发光衰减时间变化局限在10%范围内。具有制备方法简单、操作简便、足够的稳定性和重现性等特点的快发光衰减时间的CsI（Na）晶体一直是晶体生长技术研究和快脉冲辐射探测领域的技术难题。 

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种调控CsI(Na)晶体发光特性的方法。 

一种调控CsI(Na)晶体发光特性的方法，其具体方案如下： 

（1）利用坩埚下降法或提拉法生长CsI(Na)晶体； 

（2）将CsI(Na)晶体敲碎，研磨后用筛网分离，收集筛网上粒度为毫米级的CsI(Na)晶体； 

（3）将通过筛网的CsI(Na)晶体继续研磨，然后用筛网分离，收集筛网上粒度为微米级的CsI(Na)晶体； 

（4）将通过筛网的CsI(Na)晶体放入高能球磨机或高能磨中加入丙酮进行湿磨，得到纳米级的CsI(Na)晶体； 

（5）通过选择粒度级别不同的CsI(Na)晶体或是将不同粒度级别的CsI(Na)晶体进行混合来调控CsI(Na)晶体材料的发光特性，得到用于快速X射线脉冲辐射探测的CsI(Na)晶体材料； 

通过降低CsI(Na)晶体的粒度来降低其在X射线激发下的发光衰减时间； 

或将步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）得到的不同粒度的CsI(Na)晶体按比例混合，得到CsI(Na)混合晶体；其中纳米级CsI(Na)晶体与微米级CsI(Na)晶体混合时，纳米级CsI(Na)晶体与微米级CsI(Na)晶体的质量比不小于7：3或不大于3：7，通过增加纳米级CsI(Na)晶体的含量来降低所得CsI(Na)混合晶体在X射线激发下的发光衰减时间；纳米级CsI(Na)晶体与毫米级CsI(Na)晶体混合时，纳米级CsI(Na)晶体与毫米级CsI(Na)晶体的质量比不小于8：2或不大于2：8，通过增加纳米级CsI(Na)晶体的含量来降低所得CsI(Na)混合晶体在X射线激发下的发光衰减时间。 

所述高能球磨机为滚筒式球磨机、振动球磨机、行星式球磨机或轴承球磨机，所述高能磨为振动磨、搅拌磨或胶体磨。 

本发明的有益效果为： 

制备工艺操作简便，具有较好的稳定性和重现性，性能增强效果较好。其中，毫米级和微米级的CsI（Na）晶体其在脉冲X射线激发下的发光衰减时间为19ns，比CsI（Na）单晶在X射线激发下的发光衰减时间600ns提高了一个量级，且其发光强度显著提高；为CsI（Na）用于快X射线脉冲辐射探测提供了科学依据，为大面积、高空间分辨率探测器的研制提供了一种新的探测途径；在辐射成像、高能物理、核医学、空间探测等方面具有极为重要的价值。 

附图说明

图1为CsI（Na）晶体的扫描电镜照片，其中图1a为CsI（Na）晶体A的扫描电镜照片，图1b为CsI（Na）晶体B的扫描电镜照片，图1c为CsI（Na）晶体C的扫描电镜照片； 

图2为CsI（Na）晶体在脉冲X射线激发下的响应波形曲线，其中图2a为CsI（Na）晶体A在脉冲X射线激发下的响应波形曲线，图2b为CsI（Na）晶体B在脉冲X射线激发下的响应波形曲线，图2c为CsI（Na）晶体C在脉冲X射线激发下的响应波形曲线，图2d为大块单晶CsI（Na）在脉冲X射线激发下的响应波形曲线；