CsI-LiCl共晶材料的坩埚下降法生长与闪烁性能研究

颜欣龙，石肇基，彭 晨，王 瑞，杨 帆

(南开大学物理科学学院，天津 300071)

0 引 言

中子是中性粒子，具有很强的穿透力，在材料科学、物理、化学、生物学和地球科学等领域中提供有关物质结构和动力的基础信息，发挥着巨大的作用[1-3]。目前使用闪烁体进行中子探测的过程大多利用核反应法，而6Li或10B同位素因其较大的热中子俘获截面常被用在核反应法中。

6Li(n,α)反应产物的能量ET为2.73 MeV,Eα为2.05 MeV,10B(n,α)反应产物对应于激发态和基态的7Li核，其动能分别为0.84 MeV与1.02 MeV，相应的α粒子动能分别是1.47 MeV和1.77 MeV。

6Li与中子反应生成α粒子，α粒子激发闪烁体产生的光脉冲与伽马射线激发闪烁体产生的光脉冲在时域上形状差异较大，可以较好地实现中子-伽马甄别[4-6]，因此被更多地用于中子探测闪烁体的制备。

相较于锂基闪烁晶体，锂基闪烁共晶的优点在于可以将含锂中子反应相和闪烁发光相分开进行设计，中子反应相为含6Li的化合物，负责提供核反应相所需的6Li同位素；闪烁发光相则在核反应的次生粒子激发下发出闪烁光。相较于传统单晶的生长，共晶合成速度更快，成本更低；折射率的不同使得这种微结构对于可见光的传播发生全反射来提高闪烁光输出，从而实现中子探测效率、闪烁光输出以及中子-伽马甄别能力的兼顾[7-8]。近年来，锂基共晶闪烁体已用于对热中子的探测，Yanagida等[9]用坩埚下降法生长了LiF-SrF2共晶和LiF-CaF2共晶，光输出分别为4 700 ph/MeV和9 400 ph/MeV，衰减时间分别为90 ns和250 ns；Yokota等[10]提出了LiF-LiLuF4∶Ce热中子探测共晶；Nishimoto等[11]提出了LiF-LiYF4∶Ce热中子探测共晶；……