Ce^3+掺杂SiO2-Al2O3-Gd2O3玻璃的闪烁性能.pdfVIP

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．64，No．16(2015) 167802 Ce3+掺杂SiO2一A12O3Gd2O3玻璃的闪烁性能水 刘力挽 )2) 周秦岭2) 邵冲云 )2) 张瑜2)3) 胡丽丽2) 杨秋红 ) 陈丹平2)十 1)(上海大学材料科学与工程学院，上海 200436) 2)(中国科学院上海光学精密机械研究所，高功率激光单元技术研发中心，上海 201800) 3)(中国科学院大学，北京 100049) (2015年1月29日收到；2015年4月24日收到修改稿) 通常，Ce离子掺杂的低密度玻璃有较高的发光效率，而高密度的Ce离子掺杂玻璃其发光效率很低．为 了解释这一现象，采用高温熔融法获得了SiO2．A12O3一Gd203三元系统的玻璃形成区，并在还原气氛下制备 了Ce3．卜掺杂Si02．A12O3一Gd203以及SiO2一A1203一Gd203一Ln2O3(Ln=Y，La，Lu)闪烁玻璃，研究了其光 谱和闪烁性能．测试结果显示：随着Gd2O3含量增加，玻璃紫外截止波长发生红移，荧光强度降低，衰减时间 缩短；加入Lu203，La203，Y203后，紫外截止波长发生红移，荧光强度降低，衰减时间变短；当Gd203超过 10％mol时，X射线荧光积分光产额从相当于锗酸铋晶体的61％降低到13％．荧光强度降低、衰减时间缩短的 原因是随着玻璃 的紫外截止波长红移玻璃的能带宽度变窄，使得Ce3-4-离子的d电子轨道开始接近玻璃的导 带，Ce3．卜离子受辐射后跃迁到d电子轨道的电子会通过导带与玻璃中的空穴复合，产生 电荷迁移猝灭效应． 关键词：玻璃形成区，闪烁玻璃，Ce。+掺杂，电荷迁移猝灭 PACS：78．70．Ps，78．55．Qr，78．55．一m DOI：10．7498／aps．64．167802 越大，其辐照长度越短，对高能射线的吸收能力越 1 引 言 好．为了提高玻璃的密度，人们在玻璃体系中引 入 了PbO，Bi2O3，Gd2O3等重金属氧化物．然而， 近年来，铈掺杂闪烁晶体 由于具有高密度、高 PbO，Bi2O3虽然能很容易地提高玻璃的密度达到 光产额、耐辐射性能好等优点，在高能物理及医疗 6g／cm3，但是玻璃的光产额非常低，甚至没有闪 成像领域广泛应用 [1]．与闪烁晶体相比，闪烁玻璃 烁发光[6]；而加入后Gd2O3有较高的光产额[7】但 能够低成本、大批量生产，可加工成各种不同的形 是仍远低于高硅玻璃．导致低密度玻璃具有高的 状，是一种非常有前景的无机闪烁材料 0【，引． 发光效率而高密度的玻璃发光量子效率很低的原 20世纪50年代初，美国康宁 (Corning)玻璃公 因，多年来一直都没得到很好的解释，这为进一步 司首先制备 了商品化的铈激活的高硅玻璃，这 提高玻璃的闪烁性能带来 了很大的困难．为了解 种玻璃是当时效率最高的闪烁玻璃，其脉冲高达 释这一现象，在 以往的高钆铝硼硅酸盐玻璃的基础 NaI(T1)的10％ 但是其密度较低，得不到进一步 上，为了减少硼的存在容易产生玻璃结构变化和分 发展．2012年，Chewpraditml等 【]用多孔玻璃法 相带来的影响，我们去掉了B元素，进一步简化 了 也制备了Ce3+掺杂的高硅玻璃，虽然在X射线激 玻璃组成，这有利于对其机理的研究．我们首先探 发下具有很高的光产额，但是在 射线下，由于其 索了SiO2一A1203一Gd2O3三元系统的玻璃形成 区， 较低 的密度，光产额很低 [5】．由于闪烁体的密度