红光-近红外发光卤化物闪烁晶体研究现状

杨洁男， 闻学敏， 魏钦华*， 刘冬冬， 成双良， 吴云涛*， 秦来顺

(1. 中国计量大学 材料与化学学院， 浙江 杭州 310018；2. 中国科学院上海硅酸盐研究所 人工晶体研究中心， 上海 201899)

1 引 言

闪烁探测器是一种将高能射线或高能粒子转换成低能光子(紫外、可见或红外)的探测装置，被广泛应用于核医学成像、国土安全、深空深海探索、高能物理等领域[1-3]。多数应用领域都要求闪烁探测器具有优异的能量分辨率——即有效甄别放射性核素。闪烁探测器主要由闪烁体和光电探测器两部分构成。为实现探测器的高能量分辨率，除闪烁体本身需要拥有高闪烁效率和能量分辨率外，光电探测器也必须具有高量子效率，同时与闪烁体的发光波长良好地匹配。高能量分辨率闪烁体和高量子效率光电探测器均是目前核辐射探测领域的前沿研究热点。

目前光电探测器主要有三种：光电倍增管(Photomultiplier tube，PMT)、雪崩光电二极管(Avalanche photodiode，APD)和硅光电倍增管(Silicon photomultiplier,Si-PM)。PMT一般在400 nm左右量子效率最高，约30%左右； 而APD和Si-PM在600～700 nm左右量子效率最高，分别约为90%和40%。目前商用闪烁晶体的发光波长一般位于350～600 nm之间[4-6]，例如，NaI∶Tl(410 nm)[7]、CsI∶Tl(550 nm)[8]、LYSO∶Ce(420 nm)[9]以及LaBr3∶Ce (380 nm)[10]。这些发光波长与商用PMT的探测敏感区[11-12]有着良好的匹配，但PMT的QE普遍在20%左右，即使超级双碱阴极光电倍增管最高QE也仅为35%。相比之下，APD和Si-PM则拥有更高的QE，明显高于PMT。对长波敏感的APD的QE可以达到80%～90%，优化后可至98%，Si-PM的QE可以达到40%。此外，APD和Si-PM还拥有高信噪比(SNR)、时间响应快、磁场不敏感、价格低、体积小等优点[13-15]。可见光的波长范围为380～760 nm，红光的波长范围为620～760 nm，近红外区又划分为近红外短波(780～1 100 nm)和近红外长波(1 100～2 526 nm)，而APD、Si-PM在红光范围内拥有最高的量子效率。……