2018-01-10 上海矽酸鹽研究所
語音播報
無機閃爍晶體是一類光功能晶體材料，能將高能射線或粒子的能量轉化為可見或紫外光，從而實現高能射線或粒子的間接探測。鍺酸鉍（Bi4Ge3O12，BGO）晶體是一種綜合性能優異的無機閃爍體，具有密度高、有效原子序數大、射線阻止能力強、光電效應比例大、物化穩定性好和機械加工性能優異等優點，在核醫學成像、高能物理、天體物理、石油測井、環境監測、食品安全、公共安全和工業在線檢測等輻射探測領域應用廣泛，是最重要的無機閃爍晶體之一。
近日，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員王紹華帶領的科研團隊，採用坩堝下降法（Bridgman Method）製備出直徑為5英寸（127mm）的BGO晶體，該晶體無色透明，無明顯缺陷，晶錠直徑可達135mm。該團隊在對超大直徑BGO晶體製備中熱量、動量和質量等輸運過程、固液界面形狀等基本科學問題的研究基礎上，通過裝置、方法和工藝的創新性設計，結合3-4英寸直徑、600mm超長和610×280×30mm3超寬晶體製備的豐富經驗，突破了超大直徑BGO晶體製備中的一系列關鍵技術瓶頸，研製出5英寸直徑BGO晶體，實現1-5英寸直徑系列化BGO閃爍晶體的製備。
在該工作前，全球範圍內僅俄羅斯科學院無機化學研究所和法國聖戈班晶體公司曾報導可製備5英寸直徑BGO晶體，且採用的生長方法均為提拉法（Czochralski Method），未見採用坩堝下降法製備5英寸直徑BGO晶體的公開報導，此前採用坩堝下降法製備BGO晶體的最大直徑為φ110mm，也是該科研團隊於2004年在國際上率先實現的。5英寸直徑BGO晶體是超高靈敏輻射探測裝置的關鍵高能射線探測材料之一，其成功研製必將進一步鞏固上海矽酸鹽所在BGO晶體研究、開發與量產方面的既有全球領先優勢，可滿足國內外應用端對大尺寸、高質量和高性能BGO閃爍晶體的迫切需求。
該科研團隊將進一步優化5英寸直徑BGO晶體的製備技術和工藝參數，不斷提高所研製晶體的光學質量和閃爍特性，以期早日實現該尺寸BGO晶體的低成本、可重複和批量化製備，並著手開展基於5英寸直徑晶體的閃爍探測器結構設計、性能優化與面向應用開發工作，推動國產5英寸BGO晶體及閃爍探測器在超高靈敏度輻射探測領域的實際應用。
上海矽酸鹽所研製的5英寸直徑BGO閃爍晶體
上海矽酸鹽所研製的1-5英寸直徑系列化BGO閃爍晶體
無機閃爍晶體是一類光功能晶體材料，能將高能射線或粒子的能量轉化為可見或紫外光，從而實現高能射線或粒子的間接探測。鍺酸鉍（Bi4Ge3O12，BGO）晶體是一種綜合性能優異的無機閃爍體，具有密度高、有效原子序數大、射線阻止能力強、光電效應比例大、物化穩定性好和機械加工性能優異等優點，在核醫學成像、高能物理、天體物理、石油測井、環境監測、食品安全、公共安全和工業在線檢測等輻射探測領域應用廣泛，是最重要的無機閃爍晶體之一。
近日，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員王紹華帶領的科研團隊，採用坩堝下降法（Bridgman Method）製備出直徑為5英寸（127mm）的BGO晶體，該晶體無色透明，無明顯缺陷，晶錠直徑可達135mm。該團隊在對超大直徑BGO晶體製備中熱量、動量和質量等輸運過程、固液界面形狀等基本科學問題的研究基礎上，通過裝置、方法和工藝的創新性設計，結合3-4英寸直徑、600mm超長和610×280×30mm3超寬晶體製備的豐富經驗，突破了超大直徑BGO晶體製備中的一系列關鍵技術瓶頸，研製出5英寸直徑BGO晶體，實現1-5英寸直徑系列化BGO閃爍晶體的製備。
在該工作前，全球範圍內僅俄羅斯科學院無機化學研究所和法國聖戈班晶體公司曾報導可製備5英寸直徑BGO晶體，且採用的生長方法均為提拉法（Czochralski Method），未見採用坩堝下降法製備5英寸直徑BGO晶體的公開報導，此前採用坩堝下降法製備BGO晶體的最大直徑為φ110mm，也是該科研團隊於2004年在國際上率先實現的。5英寸直徑BGO晶體是超高靈敏輻射探測裝置的關鍵高能射線探測材料之一，其成功研製必將進一步鞏固上海矽酸鹽所在BGO晶體研究、開發與量產方面的既有全球領先優勢，可滿足國內外應用端對大尺寸、高質量和高性能BGO閃爍晶體的迫切需求。
該科研團隊將進一步優化5英寸直徑BGO晶體的製備技術和工藝參數，不斷提高所研製晶體的光學質量和閃爍特性，以期早日實現該尺寸BGO晶體的低成本、可重複和批量化製備，並著手開展基於5英寸直徑晶體的閃爍探測器結構設計、性能優化與面向應用開發工作，推動國產5英寸BGO晶體及閃爍探測器在超高靈敏度輻射探測領域的實際應用。
上海矽酸鹽所研製的5英寸直徑BGO閃爍晶體
上海矽酸鹽所研製的1-5英寸直徑系列化BGO閃爍晶體