高能物理研究用钨酸铅闪烁晶体的辐照损伤机理研究.pdfVIP

　　　　　　　　　　　　人 工 晶 体 学 报 　　　　　　　　　第 29 卷 　第 5 期 246 高能物理研究用钨酸铅闪烁晶体的辐照损伤机理研究 冯锡淇 ( 中国科学院上海硅酸盐研究所无机功能材料开放实验室 ,上海 200050) Radiation Da mage Mechanism of Lead Tungstate Scintillating Crystals for High Energy Physics Reserach FEN G X iqi (Laboratory of Functional Inorganic Materials ,Shanghai Institute of Ceramics , Chinese Academy of Sciences ,Shanghai 200050 ,China) ( ) 近年来 ,随着国际上几个大型加速器工程的陆续兴建 , 以及计算机断层扫描技术 如 PET 的发展 ,闪烁晶体正在成为当今人工晶体领域中少数几种有重大经济效益的主流晶体之一 。 自60 年代起 ,高能加速器被广泛应用于粒子物理研究 , 闪烁晶体用于探测粒子碰撞所产生的 各类次级过程 ,具有极高的能量分辨率 ,表 1 列出几个代表性的大型加速器以及所用的闪烁晶 体简况 。 表 1 　大型粒子对撞机的发展和闪烁晶体 ( ) 加速器 粒子碰撞能量 完成时间 闪烁晶体 晶体数量 背景辐照 rad/ d SPEAR ≤1GeV 80 年代初 T1 ∶NaI 670 CsI in BaBar 1. 5～4 LEP 100 GeV 1989 年 B GO 11400 4～6 LHC 1000 GeV 2005 年 PbWO4 80000 70～1000 从表中看出 ,随着粒子碰撞能量的增加 ,晶体所处部位的背景辐射水平愈来愈高 。这意味 着闪烁晶体将在十分严酷的辐照环境下工作 。因此 , 晶体的抗辐射能力已成为闪烁晶体众多 性能参数中优先考虑的问题 。 高能辐射对材料性能的影响是多方面的 ,大量实验结果表明 ,在现有背景辐照水平下 , 晶 体的辐照效应主要是形成色心 ,它导致光产额下降。 自80 年代以来 ,闪烁晶体已从传统的卤化碱扩展到氧化物 ,乃致复杂结构氧化物 ,其中一 些材料更涉及非化学量配比、组分元素的价态变化等缺陷现象 。所有这些 ,对研制高性能的闪 烁晶体提出 了更高的要求 。 自80 年代初开始 , 中国科学院上海硅酸盐所开始 闪烁 晶体研究 , 先后研制成锗酸铋 ( ) ( ) B GO ,用于L EP 正负电子对撞机 、氟化钡 、氟化铈 、碘化铯 Tl : CsI ,用于 BFactory 、钨酸铅 ( ) PbWO4 ,将用于LHC 强子对撞机 和氟化铅等多种闪烁晶体 。本文介绍对其中的B GO 、Csl 和 PbWO 这 3 种闪烁晶体辐照损伤机理的研究结果 、取得的进展及应用概况 ,重点讨论 PbWO 晶 4 4