閃爍晶體的光學(xué)轉(zhuǎn)換特性與光譜測試技術(shù)開題報告

1、畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述一、課題研究背景 當(dāng)出國旅游的人們把手提包放進(jìn)機(jī)場安檢口的掃描設(shè)備中；當(dāng)人們在醫(yī)院就診時需要拍攝胸部的CT造影，他們或許不知道閃爍晶體正在為人類的安全和健康默默地做出貢獻(xiàn)。事實(shí)上，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出現(xiàn)閃爍晶體的身影1?？傊W爍晶體與我們愈走愈近了!人工晶體是信息技術(shù)發(fā)展的原動力，是光學(xué)、電子學(xué)、計算機(jī)、通訊、勘測、探測、傳感等設(shè)備儀器研制生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)及核心原材料2，是由電子時代轉(zhuǎn)向光子時代的

2、動力源泉，因而發(fā)達(dá)國家特別是軍事強(qiáng)國均把人工晶體的生長、應(yīng)用、測量等技術(shù)的研究與開了放在極為重要的位置，投入了巨大的人力與物力。隨著核技術(shù)以及高能物理的發(fā)展,無機(jī)閃爍晶體的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,同時也對無機(jī)閃爍晶體提出了更多更高的要求。早在20 世紀(jì)80 年代,人們就注意到了CsI(Tl) 晶體的優(yōu)點(diǎn):發(fā)射光譜可與硅光二極管匹配,光產(chǎn)額高,輻照長度較NaI(Tl) 晶體短,機(jī)械性能好,是一種優(yōu)良實(shí)用的閃爍晶體材料3。閃爍晶體是指一大類在放射線或原子核粒子作用下發(fā)生閃光現(xiàn)象的晶體材料。早在上世紀(jì)初，Crooks就利用ZnS閃爍體制成粒子探測器，它曾在盧瑟福提出原子模型的著名實(shí)驗中發(fā)揮了重要的作用。由

3、此可見閃爍晶體的發(fā)展已經(jīng)度過了一個世紀(jì)的漫長歲月。在早期，曾使用玻璃、塑料乃至液體閃爍材料4，5。而如今，無機(jī)閃爍晶體具有密度高、穩(wěn)定和性能優(yōu)良等顯著特點(diǎn)，從而成為閃爍材料的發(fā)展主體，如碘化銫、鍺酸鉍(BGO)、鎢酸鉛等等6。但是閃爍晶體作為一種功能材料獲得大量應(yīng)用則是20世紀(jì)六十年代以后的事。當(dāng)時在世界范圍內(nèi)陸續(xù)興建的大型粒子加速器促成了閃爍晶體的大量應(yīng)用而在七十年代初，X射線斷層掃描相機(jī)(XCT)和正電子斷層掃描相機(jī)(PET)的出現(xiàn)及其快速普及，更使閃爍晶體成為當(dāng)今人工晶體材料領(lǐng)域中少數(shù)幾種有重大經(jīng)濟(jì)效益的主流晶體之一7。 PET相機(jī)是將能發(fā)射正電子的同位素藥物(示蹤劑)注入人體，以閃爍晶

4、體為探測元件，獲取示蹤劑在人體內(nèi)的三維分布及其隨時間變化的信息。它是目前各類醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中技術(shù)水平最高、應(yīng)用價值最大的設(shè)備。它的最大優(yōu)勢是能定量地評價人體組織的生理、生化功能，從而在分子水平上進(jìn)行代謝功能研究和疾病的早期診斷如腫瘤、神經(jīng)性疾病等。此外，它還是國際上公認(rèn)的研究腦功能、心血管活動的重要工具。從技術(shù)上講，PET對閃爍晶體要求很高，數(shù)量大，而且隨著產(chǎn)品的升級換代有很大的發(fā)展空間。因此，醫(yī)用閃爍晶體已經(jīng)成為當(dāng)前國際上十分熱門的課題，一些世界級大公司、大機(jī)構(gòu)紛紛斥巨資進(jìn)行研究。二、研究的目的和意義閃爍晶體的發(fā)展正處于一個新的上升時期，這就給我國閃爍晶體的發(fā)展提供了一個極好的機(jī)遇。閃爍晶體是

5、我國的優(yōu)勢發(fā)展領(lǐng)域，近二十年來國內(nèi)有關(guān)單位積極合作，參與國際競爭，“中國造”的閃爍晶體源源不斷地送往多項國際工程，如歐洲核子物理中心(CERN)正負(fù)電子對撞機(jī)中的BGO晶體，日本Belle實(shí)驗和美國Bahar實(shí)驗中的CsI(Tl)晶體等。而中科院上海硅酸鹽所向美國GE公司出口的PET晶體(BGO)已連續(xù)幾年達(dá)到1億元以上的銷售額，為我國贏得了良好的國際聲譽(yù)，并獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是，我們也應(yīng)清醒地看到，我國的閃爍晶體研究，特別在新材料探索方面與國際水平仍有相當(dāng)大的距離。以新一代PET用閃爍晶體開發(fā)為例，美國主要發(fā)展硅酸镥(Ce:LSO)，而歐洲則全力開發(fā)鋁酸镥(Ce:LuAP)，而且他們對這

6、些新材料的PET應(yīng)用申請了一系列專利，這就對我國今后生產(chǎn)的此類晶體進(jìn)入歐美市場設(shè)置了專利壁壘。顯然，面對激烈的國際競爭，加強(qiáng)原創(chuàng)性研究能力，已經(jīng)成為我國閃爍晶體發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急!三、研究內(nèi)容本課題研究的是閃爍晶體的參數(shù)測試方案，目的是測試閃爍晶體的閃爍發(fā)射波長、轉(zhuǎn)換效率、閃爍衰減時間等參數(shù)。能量轉(zhuǎn)化效率是表征閃爍體特性的一個基本參數(shù)。但由于閃爍晶體的能量轉(zhuǎn)化效率絕對測定較復(fù)雜，通常多采用與標(biāo)準(zhǔn)閃爍體相比較而給出相對值，分別稱為相對能量轉(zhuǎn)換效率、相對光輸出或相對光產(chǎn)額。本文測量閃爍晶體的能量轉(zhuǎn)換效率、閃爍晶體的閃爍發(fā)射波長、閃爍衰減時間8，9。閃爍晶體的能量轉(zhuǎn)換效率，對探測器的能量分辨率起重要作用

7、。首先要X射線的基本特性10，11，12，再利用X射線的波動性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性了解晶體X射線衍射13，14，15，并測量閃爍晶體的參數(shù)和特性。參考文獻(xiàn)1 馮錫淇.神奇的閃爍晶體J .科學(xué)講座.中國科學(xué)院上海硅酸研究所. 2003.072 李宗全. 晶體學(xué)與晶體結(jié)構(gòu)M.浙江科學(xué)技術(shù)出版社. 2003,(2):483 陳綱，廖理幾，郝偉. 晶體物理學(xué)基礎(chǔ)（二）M. 科學(xué)出版社. 2007.7(3):24304 秦善. 晶體學(xué)基礎(chǔ)M. 北京大學(xué)出版社. 2004, 1165 段曉峰,牛燕雄,張雛等.一維光子晶體的光學(xué)傳輸特性分析J. 光子學(xué)報,2003, (9):10861089 6 卜濤,

8、陳慰宗, 馮宇等. 一維光子晶體帶隙隨偏振光入射角的改變J. 光子學(xué)報，2002,31(9): 112811317 周公度. 晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性M. 高等教育出版社. 1992.58 萬鈞,張淳,王靈俊等. 光子晶體及其應(yīng)用J.物理學(xué)報,1998,(7): 3933989 歐陽征標(biāo),李景鎮(zhèn),張道中等.多層光子晶體濾波器研究J.光學(xué)學(xué)報,2002,22(1): 7984 10 羅立強(qiáng), 詹秀春, 李國會等M. X射線熒光光譜儀.化學(xué)工業(yè)出版社. 2008.01(11):15317511 梁鈺. X射線熒光光譜分析技術(shù)M. 科學(xué)出版社. 2007.09 12 梁棟材. X射線晶體學(xué)基礎(chǔ)M.

9、科學(xué)出版社. 2006.13 李樹棠. 晶體X射線衍射學(xué)基礎(chǔ)M. 冶金工業(yè)出版社. 1999.06 14 馬禮敦. 近代X射線多晶體衍射M. 化學(xué)工業(yè)出版社.2004.09(2): 168815 劉粵惠, 劉平安. X射線衍射分析原理與應(yīng)用M. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2003.10 畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和采用的研究手段（途徑）：一、本課題要解決的問題是本課題是解決閃爍晶體的參數(shù)測試方案，是測試閃爍晶體的閃爍發(fā)射波長、轉(zhuǎn)換效率、閃爍衰減時間等參數(shù)。能量轉(zhuǎn)化效率是表征閃爍體特性的一個基本參數(shù)，通常多采用與標(biāo)準(zhǔn)閃爍體相比較而給出相對值，測量閃爍晶體的能量轉(zhuǎn)換效率、閃爍晶體的閃爍發(fā)射波長、閃爍衰減時間。二、本課題擬采用的研究方法是查閱文獻(xiàn)，理解晶體的光學(xué)轉(zhuǎn)化及光譜測試技術(shù)的意義和目的，理解閃爍晶體的閃爍反射波長、能量轉(zhuǎn)換、閃爍衰減時間的意義；了解閃爍晶體的基本參數(shù)特性及其分類，掌握閃爍晶體的發(fā)光機(jī)理；利用X射線的波動性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性了解晶體X射線衍射，并測量閃爍晶體的參數(shù)和特性；三、本課題擬采用的研究手段 利用X射線檢測原理了解X射線與物質(zhì)的相互作用，利用X射線通過閃爍晶體來測量閃爍晶體的基本特性及閃爍晶體的參數(shù)測試。四、本課題設(shè)計進(jìn)度計劃3月1日 3