閃爍晶體市場概況

1、精品文檔精品文檔閃爍晶體市場概況閃爍體是指在高能粒子或射線（如X射線、丫射線等）的作用下能夠發(fā)出脈沖光的物體。它是光電功能材料，被廣泛用于高能物理、核物理、空間物理、核醫(yī)學(xué)、地質(zhì)勘探、安全檢查以及國防工業(yè)等領(lǐng)域。閃爍體在地球物理探礦中有廣泛應(yīng)用，一般通過60Co發(fā)出丫射線，通過另一地方接收到的信號就可以分析礦床情況；在石油勘探方面閃爍體發(fā)揮著重要作用；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用丫射線制成手術(shù)刀，監(jiān)測丫射線的也是閃爍體；在焊接大型高壓容器，宇航設(shè)備等無損探傷方面閃爍體也都起著關(guān)鍵作用；在機場安全檢查以及貨運集裝箱的檢查中廣泛采用閃爍體作為探測器。下圖給出了閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)鏈及其應(yīng)用領(lǐng)域。閃爍晶體生長技術(shù)幅射

2、影像成像探頭制作技術(shù)安全檢測影像檢測醫(yī)療器材農(nóng)業(yè)生技工業(yè)檢測注：影像檢測醫(yī)療器材：如全身正子攝影儀、單光子攝影儀、加馬攝影儀、X光攝影儀醫(yī)藥研究：臨床前動物實驗攝影儀，如micro-PET、micro-SPECT、micro-CT農(nóng)業(yè)生技：水果蟲害檢測、農(nóng)作物營養(yǎng)吸收與成長等非破壞性檢測工業(yè)檢測：核能與太陽能等能源工業(yè)元件非破壞性檢測安全檢測：機場、海關(guān)安全檢查，貨柜安全檢查輻射防護：上述應(yīng)用區(qū)域皆需輻射防護設(shè)備，環(huán)境監(jiān)控儀器圖2LSO:Ce閃爍晶體圖片二、行業(yè)基本狀況及趨勢目前，閃爍晶體的發(fā)展正處于一個新的上升時期。近年來，在高能物理和空問研究、醫(yī)學(xué)成像以及迅猛發(fā)展的工業(yè)檢測和安全檢察等眾多

3、高技術(shù)裝備中正在愈來愈多地出現(xiàn)閃爍晶體的身影，閃爍晶體與人們愈走愈近。國際上，從事閃爍晶體的開發(fā)工作的單位很多，如俄羅斯的BTCP,烏克蘭的Amcrys-H,法國Crismatec,德國的Korth,MolecularTechnology,美國的Bicron,Optovac,Rexon和CTI,英國的Hilger-Crystals,日本的OhyoKokenKoyo和Shin-EtsuChemical,捷克的Crytur,中國的SIC（上海硅酸鹽所）和BGRI（北京玻璃研究院）等。目前，從生產(chǎn)規(guī)模上看俄羅斯BTCP和中國上海硅酸鹽所處于領(lǐng)先水平。國內(nèi)從事閃爍晶體生長和性能研究的單位也很多，但具有

4、批量生產(chǎn)能力的單位卻為數(shù)不多。近十年來，北京玻璃研究院與上海硅酸鹽所聯(lián)合或各自獨立地參與了多項國際高能物理工程，確立了中國在國際閃爍晶體領(lǐng)域的重要地位，并樹立了良好的國際形象。目前大批量生產(chǎn)的多數(shù)大尺寸閃爍晶體都是從熔體中生長的，采用的方法有Czochralski法（晶體提拉法）和Bridgnian-Stockbarger（土甘竭下降法）。國外主要采用第一種方法，而且主要靠提拉大截面晶體毛坯的辦法降低生產(chǎn)成本。國內(nèi)的批量生產(chǎn)則主要采用下降法,包括真空石墨培竭下降法和大氣柏地竭下降法,前者主要用于生長鹵化物晶體，后者主要用于生長氧化物晶體。其中,大氣柏地竭下降法更具特點，一臺爐子可一次生長多根甚

5、至數(shù)十根晶體，產(chǎn)量高、成本低，具有產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢。由于研制、開發(fā)、應(yīng)用時間上的差別以及自身性能、價格等因素的不同，各種閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)程度不盡相同。1、NaI:Tl晶體因發(fā)現(xiàn)早、使用面廣，所以生產(chǎn)單位較多，產(chǎn)量較大，而且多數(shù)生產(chǎn)單位直接將其做成器件。烏克蘭的Amcrys-H公司可提拉生長尺寸達（®50x70cm3,重達500Kg的NaI:Tl晶體毛坯。2、BGO晶體BGO晶體是一種多功能晶體。作為閃爍晶體，在很多應(yīng)用領(lǐng)域，如高能物理、核醫(yī)學(xué)成像等，它已取代了或部分取代了NaI:Tl,CsI:Tl晶體。由上海硅酸鹽所提供全部晶體（共11,380根）建造的L3裝置，是目前高能物理研究中使

6、用BGO晶體最多的裝置。由于價格低廉的新型閃爍晶體PWO的成功開發(fā)以及CSI:TI輻照硬度的提高，最大量使用BGO晶體的領(lǐng)域已從高能物理逐漸轉(zhuǎn)向了核醫(yī)學(xué)成像。目前，BGO晶體已成為PET首選閃爍晶體。美國GE公司已經(jīng)向上海硅酸鹽所訂購了價值3000多萬美元的BGO晶體，用于制作PET機。3、CSI:TI晶體20世紀80年代，人們就注意到了CSI:TI晶體的優(yōu)點：發(fā)射光譜可與體積比光電倍增管小的硅光二極管匹配，輻照長度較NaI:Tl晶體短以及較弱的吸濕性等。近幾年來，該晶體由于抗輻照能力得到提高而倍受青睞，被先后用于CESR的CLEO11,LEAR的C.Barrel,SLAC的BaBar,KEK

7、的BELLE等探測器中，數(shù)量近4萬根，約5噸多重。我國的北京正負電子對撞機（BEPC）即將進行升級改造，也已選用了CsI:Tl晶體，所需數(shù)量約8000根，重約3噸。4、BaF2晶體自1982年BaF2晶體的快發(fā)光分量被發(fā)現(xiàn)以后，國際高能物理界聯(lián)合有關(guān)品體生長單位進行了大規(guī)模的研究，并在不久以后被確定為超級超導(dǎo)對撞機（SSC）用閃爍晶體（總數(shù)達16,200根）。值得一提的是，在此期間，北京玻璃研究院采用真空石墨地竭下降法生長的BaF2樣品被SSC工程晶體專家組評議為“世界上最好的，晶體性能達到了SSC的質(zhì)量要求”。進一步擴大了中國在國際閃爍晶體以及高能物理領(lǐng)域中的影響，并先后為美國的Caltec

8、h,LBNL和LANL，德國的Giessen大學(xué)，荷蘭以及印度等，提供了大量特大尺寸的BaF2晶體。5、PWO晶體目前，PWO晶體主要局限于高能物理領(lǐng)域，但需求數(shù)量很大，總重量約16噸。如歐洲核子研究中心（CERN）正在建造的LHC裝置，將使用10多萬根PWO晶體。另外，美國的費米實驗室（FNAL）也計劃選用PWO晶體建造BTeV裝置，使用數(shù)量約24,000根。國際上，與CERN和FNAL合作開發(fā)PWO晶體主要有三家，即俄羅斯的BTCP、中國的SIC和BGRI,三家都已得到了高質(zhì)量的大尺寸晶體。一些學(xué)者正在研究對PWO晶體進行各種摻質(zhì)實驗，目的是大幅度提高其光產(chǎn)額，為PWO尋求新的用途。三、市

9、場需求分析1、石油工業(yè)的發(fā)展帶動了無機閃爍晶體需求的快速增長石油工業(yè)的發(fā)展帶動了無機閃爍晶體需求的快速增長。圖3給出了國際機構(gòu)對2005年至2010年的全球經(jīng)濟發(fā)展速度、石油產(chǎn)量、石油消費量和無機閃爍晶體市場增幅的預(yù)測。從預(yù)計結(jié)構(gòu)上看，世界石油消費增長速度會略高于產(chǎn)量增長。從資源角度看，20年內(nèi)世界石油供需會大致保持平衡，但此后供需關(guān)系將趨于緊張，原油的勘探、開采會呈快速上升趨勢。同時，由于目前無機閃爍晶體存在供需缺口（即供應(yīng)不足）和牛鞭效應(yīng)放大作用的影響，無機閃爍晶體市場將以2.8%的增速快速增長。瞽注：A-華球普濟泊計增速B-石油產(chǎn)量粒計增速CT岫耨費量預(yù)計增速CH無機區(qū)1場轅計增博圖32

10、005-2010年無機閃爍晶體市場2、其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也帶動了無機閃爍晶體需求的快速增長近年來，在高能物理和空間研究、醫(yī)學(xué)成像以及迅猛發(fā)展的工業(yè)檢測和安全檢查等眾多高技術(shù)裝備中正在愈來愈多地應(yīng)用到閃爍晶體，該材料對于普通人越來越不陌生，需求量快速增長。圖4和圖5給出了閃爍晶體在PET/CT醫(yī)學(xué)影像檢測中的應(yīng)用市場變化趨勢。WorldMedicalMarketforPETSystemsUnitSales圖42007-2011年P(guān)ET市場變化趨勢PET/CTMarketForecastbyNewUnitShipment圖52007-2011年P(guān)ET/CT市場變化趨勢四、閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)展望1

11、、高能物理用閃爍晶體由于高能物理實驗的前沿之一將是研究更高能量（TeV級甚至更高）的輻射，裝置很大，需要晶體數(shù)量很多，因而要求閃爍晶體不僅具有高密度A（>7g/cm3卜快衰減（1550ns刖高抗輻照（1TeV）等特性外，而且價格低廉，對光產(chǎn)額要求相對較低。對這類閃爍晶體的研究和開發(fā)難度很大，特別具有挑戰(zhàn)性。主要的任務(wù)有：1、研制新的高密度、快衰減閃爍晶體，有兩條途徑。其一是，尋找新的高密度且適于Ce3+摻入的較低熔點（如<1300C）單晶基質(zhì)材料，如含稀土的鴇酸鹽類；其二是，根據(jù)交叉發(fā)光機理（CrossLuminesecence）尋找新的低芯帶材料，可從高密度氟化物中篩選。2、對高密度的Cherenkov晶體材料進行改性，使其成為閃爍晶體，如PbF2,NaBi（WO4）2等晶體。3、優(yōu)化已發(fā)現(xiàn)的摻Ce3+高密度晶體的性能。從文獻報道來看，有價值的材料主要集中在摻Ce3+的稀土硅（鋁）酸鹽,如GSO:CeLuAP:Ce、LSO:Ce以及Lux（RE）1-xAP:Ce等。4、設(shè)法降低高熔點全稀土閃爍晶體的生長成本，如改進生長工藝參數(shù)提高單產(chǎn)量和合格率，進行技術(shù)革新降低生產(chǎn)成本。2、核醫(yī)學(xué)成像用閃爍晶體需要進一步提高現(xiàn)有閃爍晶體的質(zhì)量，大幅度降低生產(chǎn)成本。如目前PET首選的閃爍晶體-BGO昂貴的價格是使之一