發(fā)光在照明和探測(cè)中的應(yīng)用

發(fā)光在照明和探測(cè)中的應(yīng)用第1頁(yè)/共86頁(yè)燈的種類(lèi)：室內(nèi)外普通照明、顯示用、廣告燈、熒光燈、高壓汞熒光燈、金屬鹵化物燈、熒光信號(hào)管燈第2頁(yè)/共86頁(yè)熒光燈熒光燈是應(yīng)用了低壓汞蒸氣放電將電能轉(zhuǎn)換為254nm紫外線(xiàn)和254nm紫外線(xiàn)激發(fā)發(fā)光材料發(fā)出可見(jiàn)光而得到的一種高效照明光源。燈的結(jié)構(gòu)玻璃管、發(fā)光涂層、電極、汞、Ar第3頁(yè)/共86頁(yè)熒光燈工作電路圖啟輝器是一個(gè)輝光放電管，管內(nèi)充有Ar,Ne或Ar-Ne混合氣體。燈點(diǎn)亮過(guò)程第4頁(yè)/共86頁(yè)熒光燈的能量轉(zhuǎn)換節(jié)能型40W直管熒光燈發(fā)光材料發(fā)光占88％第5頁(yè)/共86頁(yè)色溫、光色、顯色指數(shù)一光源的發(fā)光顏色，與某個(gè)溫度的黑體的發(fā)光顏色相同或相近時(shí)；或者說(shuō)，一光源的發(fā)光光譜與某個(gè)溫度的發(fā)光光譜相同或相近時(shí)，這一黑體的溫度就定義為該光源的色溫。光色：光源的顏色第6頁(yè)/共86頁(yè)IEC規(guī)定四種光色及色溫光色名稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)應(yīng)色溫日光色（Daylight）D6500K冷白色（Coolwhite)CW4200K白色（White）W3000~3500K暖白色（WarmWhite）WW2850K第7頁(yè)/共86頁(yè)色溫表第8頁(yè)/共86頁(yè)色溫圖第9頁(yè)/共86頁(yè)色溫表第10頁(yè)/共86頁(yè)普通照明用自鎮(zhèn)流燈色品性能中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)色溫第11頁(yè)/共86頁(yè)相關(guān)色溫已實(shí)用化的照明光源中，只有白熾燈具有的連續(xù)發(fā)光光譜和黑體的光譜分布最接近，燈的色坐標(biāo)值可落在黑體軌跡上或附近，由色坐標(biāo)值來(lái)確定燈的色溫。其他類(lèi)型的照明光源的發(fā)光光譜即使是連續(xù)譜，也和黑體的發(fā)光光譜不一致，有的甚至相差很大，但兩者發(fā)光的顏色卻相近。在這種情況下，這類(lèi)照明光源的色坐標(biāo)值就會(huì)偏離黑體軌跡。在色品圖上，某一照明光源的色坐標(biāo)點(diǎn)到黑體軌跡線(xiàn)上的最近距離所對(duì)應(yīng)的黑體溫度，就稱(chēng)為該光源的相關(guān)色溫。(附圖)第12頁(yè)/共86頁(yè)顯色性物體的顏色是白天通過(guò)太陽(yáng)光、晚上通過(guò)光源照明后才顯現(xiàn)出來(lái)。在光源照射下物體的顏色會(huì)因光源的光譜分布不同而出現(xiàn)差異。例如日光燈色熒光燈觀察到的紅色物體，再拿到低壓鈉燈下觀察就成為醬紅色。由光源的光譜分布不同，照射物體所引起的顏色差異，正反應(yīng)了光源顯色性能的差別。光源在照射物體后所引起的顏色效果就稱(chēng)為該光源的顯色性。光源顯色性是一個(gè)主觀的定性的概念，是依據(jù)人們對(duì)物體在光源照射下的顏色感覺(jué)，同記憶中的白天日光照射同一物體的顏色感覺(jué)作對(duì)比來(lái)確定的。第13頁(yè)/共86頁(yè)顯色指數(shù)在特定條件下，物體由光源照明和由參比施照體（即標(biāo)準(zhǔn)光源D65）照明時(shí)，知覺(jué)色符合程度的度量就稱(chēng)作該光源的顯色指數(shù)。CIE規(guī)定光源的顯色指數(shù)由下式確定：△Ei為照明光源由標(biāo)準(zhǔn)光源D65換成待測(cè)光源時(shí)，試驗(yàn)色i在CIE1960年UCS色品圖上所引起的色差值第14頁(yè)/共86頁(yè)△Ei由下式計(jì)算得出：式中uki、vki為待測(cè)光源（k）照射試驗(yàn)色（i）時(shí)的1960－UCS色坐標(biāo)值；u0i、v0i為標(biāo)準(zhǔn)光源D65(0)照射試驗(yàn)色（i）時(shí)的1960－UGS色坐標(biāo)值；uk、vk為待測(cè)光源（k）的1960－UCS色坐標(biāo)值；u0、v0為標(biāo)準(zhǔn)光源D65(0)的1960-UCS色坐標(biāo)值。第15頁(yè)/共86頁(yè)平均顯色指數(shù)1～8號(hào)試驗(yàn)色第16頁(yè)/共86頁(yè)三基色熒光燈1974年荷蘭J.M.P.J.Verstegen等先后合成了：（Ce，Tb）MgAl11O19(綠色，544nm）（Ba,Eu)Mg2Al16O27（藍(lán)色，450nm），Y2O3:Eu3+（紅色，611nm），將這三種發(fā)光材料按一定比例混和，可制成2500--6500K范圍的各種色溫?zé)晒鉄?，燈的平均顯色指數(shù)Ra大于80，光效也高達(dá)80lm/W。這類(lèi)熒光燈就稱(chēng)為三基色熒光燈，也可稱(chēng)為窄帶發(fā)光型熒光燈，以區(qū)別于長(zhǎng)期使用鹵粉制作的寬帶發(fā)光型熒光燈。目前廣泛使用的各種緊湊型熒光燈(俗稱(chēng)節(jié)能燈)，就是以此為基礎(chǔ)發(fā)展的。第17頁(yè)/共86頁(yè)熒光燈用發(fā)光材料發(fā)展歷史第一代第二代第三代第18頁(yè)/共86頁(yè)第一代最早用于熒光燈的發(fā)光材料是:CaWO4藍(lán)粉Zn2Si04:Mn綠粉CdB205:Mn橙紅粉按一定比例混合制燈，40W白色熒光燈的光效為40lm/W。后改用MgWO4藍(lán)粉和(Zn,Be)2Si04:Mn黃粉混合，制出的40W白色熒光燈的光效提高為45lm/W左右，經(jīng)過(guò)發(fā)光材料及制燈工藝上的改進(jìn)，到1948年可提高到50lm/W以上。由于幾種發(fā)光材料的相對(duì)密度、粒度不同，不易匹配，鈹又有毒性，使上述各材料的廣泛應(yīng)用受到限制。開(kāi)拓新一代燈用發(fā)光材料受到了人們的重視。1948年開(kāi)始實(shí)用化的鹵磷酸鈣（簡(jiǎn)稱(chēng)鹵粉）發(fā)光材料問(wèn)世之后，上述各材料就被鹵粉所取代。第19頁(yè)/共86頁(yè)第二代1942年英國(guó)A.H.Mckeag等發(fā)明了單一組分的3Ca3(P04)2

·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn,人們通常簡(jiǎn)稱(chēng)為鹵粉。1948年開(kāi)始普及應(yīng)用。由于這一材料是單一基質(zhì)、發(fā)光效率高、光色可調(diào)(暖白色、白色、冷白色、日光色等)、原料豐富、價(jià)格低廉，從實(shí)用化至今，一直是直管熒光燈(管徑為26mm,38mm)用的主要發(fā)光材料。在20世紀(jì)70年代達(dá)到了80lm/W的高水平第20頁(yè)/共86頁(yè)元素周期表第21頁(yè)/共86頁(yè)鹵粉在熒光燈應(yīng)用中，還存在兩個(gè)缺陷發(fā)光光譜中缺少450nm以下藍(lán)光和600以上紅光，使燈的Ra值偏低。在紫外線(xiàn)185nm作用下，形成色心，這些色心強(qiáng)烈吸收254nm，而不產(chǎn)生發(fā)光，使燈的光衰較大，在細(xì)管徑熒光燈上的應(yīng)用受到了限制。（185nm的輻射隨著管徑減小而升高）第22頁(yè)/共86頁(yè)鹵粉中色心的形成這些色心強(qiáng)烈吸收254nm，而不產(chǎn)生發(fā)光第23頁(yè)/共86頁(yè)色心學(xué)說(shuō)第24頁(yè)/共86頁(yè)鹵粉的凈老化減少凈老化：1、理想配比，減少缺陷

2、加一定量的Cd取代Ca第25頁(yè)/共86頁(yè)第三代1974年荷蘭J.M.P.J.Verstegen等先后合成了：（Ce，Tb）MgAl11O19(綠色，544nm）（Ba,Eu)Mg2Al16O27（藍(lán)色，450nm），Y2O3:Eu3+（紅色，611nm），將這三種發(fā)光材料按一定比例混和，可制成2500--6500K范圍的各種色溫?zé)晒鉄簦瑹舻钠骄@色指數(shù)Ra大于80，光效也高達(dá)80lm/WTb，英文名：Terbium中文名：鋱[tè]第26頁(yè)/共86頁(yè)稀土發(fā)光材料的特點(diǎn)：①可見(jiàn)光譜區(qū)中，譜線(xiàn)豐富，屬于窄帶發(fā)光，在所期望的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)光能量集中。②抗紫外輻照，高溫特性好，能適應(yīng)高負(fù)荷熒光燈的要求。③發(fā)光效率高，三基色稀土熒光體的量子效率均在90%以上。第27頁(yè)/共86頁(yè)已開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的稀土三基色發(fā)光材料第28頁(yè)/共86頁(yè)對(duì)發(fā)光材料性能的要求①首先要求發(fā)光材料能充分地吸收254nm紫外線(xiàn)，并有效地把254nm紫外線(xiàn)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。即在254nm激發(fā)下，具有高的發(fā)光量子效率。輻射效率隨燈管管徑大小的變化曲線(xiàn)第29頁(yè)/共86頁(yè)對(duì)發(fā)光材料性能的要求②在285～720nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有適宜的發(fā)光光譜，使照明用熒光燈具有良好的顯色性。作為特殊的熒光燈用發(fā)光材料，則應(yīng)具有特定的發(fā)光光譜，如健康用熒光燈要求所用材料的λmax在310～328nm。捕蟲(chóng)用熒光燈的發(fā)光材料的λmax在360nm。第30頁(yè)/共86頁(yè)對(duì)發(fā)光材料性能的要求③要具有良好的顆粒特性和分散性。材料的顆粒粒徑中心值應(yīng)控制在一定范圍(如鹵粉為10μm左右、稀土三基色材料在6～8μm),粒徑分布集中，使發(fā)光材料在含有有機(jī)聚合物溶液中能形成非凝聚的懸浮體，能在熒光燈的涂管工藝中涂出均勻、密致、平滑的發(fā)光膜，以保證熒光燈的高的光通量和穩(wěn)定性。第31頁(yè)/共86頁(yè)對(duì)發(fā)光材料性能的要求④應(yīng)具有較高的耐熱的溫度特性。在熒光燈制作過(guò)程中，發(fā)光材料涂層要經(jīng)過(guò)600℃左右烤管工藝處理。點(diǎn)燈過(guò)程中，直管型燈發(fā)光部的溫度雖只有50℃，而緊湊型熒光燈可達(dá)150℃。因此，要求材料在600℃溫度下短時(shí)暴露于空氣或還原氣氛時(shí)，應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性以及工作時(shí)，良好的溫度猝滅特性。第32頁(yè)/共86頁(yè)對(duì)發(fā)光材料性能的要求⑤要有一定的耐紫外輻照和離子轟擊的穩(wěn)定性。在點(diǎn)燈過(guò)程中，發(fā)光材料涂層受254nm的激發(fā)而發(fā)光，又受185nm短波紫外的輻照和Hg離子的轟擊而引起老化，使材料的發(fā)光效率下降，引起燈的光通維持率降低。因此，要求所選用的發(fā)光材料應(yīng)有一定的耐紫外輻照和離子轟擊的穩(wěn)定性。第33頁(yè)/共86頁(yè)鋁酸鹽熒光體在稀土激活的鋁酸鹽綠色和藍(lán)色熒光體的研發(fā)中，荷蘭科技工作者作出了卓有成效的工作。第34頁(yè)/共86頁(yè)CeMgAl11O19:Tb3+主發(fā)射峰544nm；對(duì)253.7nm有強(qiáng)吸收Ce3+→Tb3+的高效能量傳遞激發(fā)譜和反射譜發(fā)射譜第35頁(yè)/共86頁(yè)BaMgAl10O17:Eu2+三基色熒光燈藍(lán)色發(fā)光材料早期寫(xiě)作BaMg2Al16O27:Eu激發(fā)譜和發(fā)射譜發(fā)射波長(zhǎng)：450nm第36頁(yè)/共86頁(yè)雙峰熒光體，提高顯色指數(shù)，犧牲亮度Eu的藍(lán)帶，Mn的綠帶第37頁(yè)/共86頁(yè)Y2O3:Eu激發(fā)光譜和漫反射譜、發(fā)射譜第38頁(yè)/共86頁(yè)Y2O3:Eu在較低Eu3+濃度下，人們可以觀測(cè)到Eu3+的更高能級(jí)5D15D2甚至5D3的躍遷發(fā)射，這些發(fā)射位于光譜的黃區(qū)和綠區(qū);而當(dāng)濃度高時(shí)，這些高能級(jí)的發(fā)射通過(guò)交叉弛豫過(guò)程而被猝滅。發(fā)射主要由下面能量低的5D0-7Fj躍遷，產(chǎn)生強(qiáng)紅光。來(lái)自5D0以上的高能級(jí)的發(fā)射是CRT彩色電視和燈用紅色熒光體所不希望的，故用在Y2O3

中Eu3+的濃度高達(dá)4%(原子)。Eu2O3含量太高又影響熒光體成本。第39頁(yè)/共86頁(yè)長(zhǎng)時(shí)發(fā)光材料硫化鋅或堿土金屬硫化物堿土金屬鋁酸鹽Ln2O3S:Eu,Mg,Ti（Ln=Y,Gd）紅色系Eu2+和Dy3+共摻雜的堿土焦硅酸鹽M2MgSi2O7:Eu,Dy(M=Sr,Ca)帶綠的藍(lán)色長(zhǎng)時(shí)發(fā)光涂料、陶瓷、玻璃應(yīng)用在消防、交通、建筑、日用品、裝飾品等第40頁(yè)/共86頁(yè)發(fā)光在探測(cè)中應(yīng)用物質(zhì)在電離輻射激發(fā)下產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象利用電離輻射發(fā)光在探測(cè)輻射信息中的應(yīng)用。這種輻射信息探測(cè)技術(shù)可以分為兩類(lèi):積分探測(cè)技術(shù)和計(jì)數(shù)探測(cè)技術(shù)。第41頁(yè)/共86頁(yè)積分探測(cè)技術(shù)積分探測(cè)技術(shù)是測(cè)量在電離輻射持續(xù)激發(fā)下直接的(瞬時(shí)的)或間接的(熱激勵(lì)或光激勵(lì))發(fā)光強(qiáng)度以及形成的光學(xué)影像，這種積分探測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)X射線(xiàn)影像診斷和輻射劑量的熱釋發(fā)光強(qiáng)度測(cè)定。積分探測(cè)技術(shù)使用由發(fā)光材料多晶粉末制成的熒光屏、增感屏、影像板或較厚的熒光玻璃等發(fā)光器件，用于探測(cè)X線(xiàn)、γ線(xiàn)透過(guò)人體、物體、產(chǎn)物所形成的影像。第42頁(yè)/共86頁(yè)計(jì)數(shù)探測(cè)技術(shù)計(jì)數(shù)技術(shù)是測(cè)量電離輻射Y射線(xiàn)或帶電粒子脈沖激發(fā)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的光子數(shù)目及徑跡，從而獲得電離輻射Y射線(xiàn)或帶電粒子的類(lèi)型、強(qiáng)度、能量、發(fā)射時(shí)間、方向和位置等信息。計(jì)數(shù)探測(cè)技術(shù)使用由閃爍發(fā)光晶體組成復(fù)雜的光電儀器裝置，主要應(yīng)用于高能物理和核物理研究的電磁量能器(electromagneticcalorimeter)以及X射線(xiàn)計(jì)算斷層照相(X-raycomputedtomography,X-rayCT)和正電子發(fā)射斷層照相(positronemissiontomography,PET)等。第43頁(yè)/共86頁(yè)P(yáng)ET/CT第44頁(yè)/共86頁(yè)X線(xiàn)的產(chǎn)生制動(dòng)輻射

高速運(yùn)行的電子突然減速后,

其動(dòng)能即轉(zhuǎn)換成X線(xiàn)特性輻射

高速電子撞擊原子和外圈軌道上的電子,使之游離并釋放能量,即為X線(xiàn)+第45頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)的產(chǎn)生X射線(xiàn)是一種電磁輻射。在實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)院里是用X射線(xiàn)管產(chǎn)生X射線(xiàn)。真空的X射線(xiàn)管中熱陰極(負(fù)極)產(chǎn)生的電子通過(guò)一個(gè)50～8ookV的強(qiáng)電場(chǎng)中加速后，撞擊在陽(yáng)極的金屬靶上，高速電子突然停止就轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線(xiàn)發(fā)射。像所有的電磁輻射(如可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波等)一樣，X射線(xiàn)也具有連續(xù)波和粒子的雙重性。第46頁(yè)/共86頁(yè)高速電子轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線(xiàn)的效率很低，只有百分之幾的電子能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線(xiàn)，而大部分的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。為了防止?yáng)極靶受熱熔化，是將高熔點(diǎn)金屬鎢或鉬做成的陽(yáng)極靶心，鑲嵌在散熱的銅塊中，并且用油冷卻，或做成可以循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的靶以散熱。醫(yī)用X射線(xiàn)的波長(zhǎng)或能量是由靶金屬的原子序數(shù)和陽(yáng)一陰極間的電壓決定的。靶金屬的原子序數(shù)越大、電壓越高，則產(chǎn)生的X射線(xiàn)波長(zhǎng)越短，能量越大，穿透力越強(qiáng);反之則波長(zhǎng)越長(zhǎng)，能量越小，穿透力越弱。第47頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)與物質(zhì)作用X射線(xiàn)作用于固體物質(zhì)上，大部分透過(guò)物質(zhì)，一部分被物質(zhì)吸收。物質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)的吸收系數(shù)和X射線(xiàn)能量之間的關(guān)系如圖9-2所示，是一根連續(xù)的曲線(xiàn)。當(dāng)X射線(xiàn)能量大于物質(zhì)中某種原子的L層和K層電子的結(jié)合能時(shí)，可以激發(fā)其L層和K層的電子，在連續(xù)的吸收線(xiàn)上出現(xiàn)增強(qiáng)的吸收，即相應(yīng)的LI、LII、LIII和K吸收邊。第48頁(yè)/共86頁(yè)X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)

X線(xiàn)是由德國(guó)倫琴教授在1895年所發(fā)現(xiàn),這種由真空管發(fā)出的能穿透物體的電磁波,能量高于可見(jiàn)光,波長(zhǎng)短,頻率較高.第49頁(yè)/共86頁(yè)因?yàn)檎障嗄z片的感光光譜與X射線(xiàn)的波長(zhǎng)并不匹配，因此當(dāng)時(shí)需要將手掌在X射線(xiàn)下照射很長(zhǎng)時(shí)間才能使膠片感光而形成影像。倫琴就提出應(yīng)該找出某種發(fā)光材料，它能吸收穿透手掌的X射線(xiàn)并能有效地發(fā)射出可見(jiàn)光。這種可見(jiàn)光的光譜與膠片的感光光譜相匹配，可以使膠片快速曝光形成影像.從此開(kāi)始了X射線(xiàn)發(fā)光材料的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。第50頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)作用于發(fā)光材料上，除了一部分透過(guò)、一部分被吸收轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光發(fā)射之外，還有某些物質(zhì)具有存儲(chǔ)發(fā)光的性質(zhì)，可以把吸收的X射線(xiàn)能量以激發(fā)態(tài)的電子和空穴的形式，暫時(shí)地存儲(chǔ)在晶體的某些陷阱缺陷中。根據(jù)陷阱深度不同，電子和空穴在室溫下存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)短也有差別，可以從幾小時(shí)到幾天。當(dāng)晶體受到加熱或受到可見(jiàn)光的激勵(lì)時(shí)，存儲(chǔ)在陷阱中的電子和空穴就會(huì)躍出陷阱，或者發(fā)生帶間復(fù)合而發(fā)光，或者在發(fā)光中心上復(fù)合而發(fā)生分立中心發(fā)光。受到加熱而發(fā)光即所謂熱釋發(fā)光(thermoluminescence);可以應(yīng)用于輻射劑量檢測(cè);受可見(jiàn)光或紅外線(xiàn)照射而發(fā)光叫做X射線(xiàn)誘導(dǎo)光激勵(lì)發(fā)光(X-rayinducedphotostimulatedluminescence)，簡(jiǎn)稱(chēng)光激勵(lì)發(fā)光(photostimulatedluminescence)或X射線(xiàn)存儲(chǔ)發(fā)光(X-raystoragelumines-cence)，可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)的X射線(xiàn)計(jì)算影像技術(shù)(com-puledradiography，CR)。第51頁(yè)/共86頁(yè)醫(yī)學(xué)X射線(xiàn)影像探測(cè)－X射線(xiàn)熒光屏(X-rayfluorescentscreens)主要用于團(tuán)體的健康檢查時(shí)胸部等部位的X射線(xiàn)透視，機(jī)場(chǎng)、車(chē)站旅客的行李物品的安全檢查，以及工業(yè)產(chǎn)品的無(wú)損傷檢查這種熒光屏的發(fā)光材料要求具有高的X射線(xiàn)吸收效率和高的發(fā)光效率·如果醫(yī)生是直接用眼觀察熒光屏上的影像，那么熒光屏的發(fā)光光譜應(yīng)與人的視覺(jué)函數(shù)相匹配，發(fā)光的余輝時(shí)間應(yīng)該較短，以避免人體移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生影像重疊。熒光屏前面還應(yīng)裝有鉛玻璃。如果應(yīng)用于X射線(xiàn)熒光照相或攝像，則其發(fā)光光譜應(yīng)和照相膠片或攝像機(jī)的感光光譜相匹配。第52頁(yè)/共86頁(yè)安檢機(jī)第53頁(yè)/共86頁(yè)熒光屏是由粉末狀的X射線(xiàn)發(fā)光材料懸浮在高分子膠黏劑膠液中涂布在高質(zhì)量的白卡紙上面制成的。干涸后的發(fā)光粉層厚度約200～300μm，在發(fā)光層的上面再涂覆一層約2μm厚的透明保護(hù)膜。熒光屏的結(jié)構(gòu)如圖9-3所示。因?yàn)闊晒馄潦怯萌搜壑苯佑^察，所以熒光屏應(yīng)具有較高的亮度，發(fā)光材料的粒度應(yīng)比較大，平均為20~40μm。20年代：Zn2SiO4:Mn2+;CaWO41935年起：(Zn,Cd)S:Ag+黃綠色1977開(kāi)始：Gd2O2S:Tb3+綠色第54頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)影像增強(qiáng)管(X-rayimageintensifiers)X射線(xiàn)影像增強(qiáng)管是X射線(xiàn)醫(yī)學(xué)檢查用的設(shè)備，它是一種電子設(shè)備，能立即將一幅X射線(xiàn)影像轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的光學(xué)影像，如圖所示。結(jié)構(gòu)第55頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)影像增強(qiáng)管(X-rayimageintensifiers)X射線(xiàn)影像增強(qiáng)管是X射線(xiàn)醫(yī)學(xué)檢查用的設(shè)備，它是一種電子設(shè)備，能立即將一幅X射線(xiàn)影像轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的光學(xué)影像，如圖9-6所示。結(jié)構(gòu)輸入屏是由X射線(xiàn)發(fā)光材料制成，輸出屏則是由陰極射線(xiàn)發(fā)光材料制成。工作原理第56頁(yè)/共86頁(yè)上海泰雷茲電子管有限公司第57頁(yè)/共86頁(yè)輸入屏要求輸入屏上X射線(xiàn)發(fā)光材料應(yīng)該具有大的X射線(xiàn)吸收效率，即其化學(xué)組成應(yīng)該是由原子序數(shù)大的元素形成的高密度的無(wú)機(jī)化合物;也應(yīng)該具有較高的X射線(xiàn)激發(fā)的發(fā)光效率;它的發(fā)射光譜波長(zhǎng)應(yīng)該和光電陰極的光譜響應(yīng)波長(zhǎng)相匹配。第58頁(yè)/共86頁(yè)輸入屏采用材料(Zn,Cd)S:Ag+Gd2O2S:Tb3+CsI:Na+第59頁(yè)/共86頁(yè)輸出屏要求影像增強(qiáng)管中光電陰極產(chǎn)生的電子束流密度比陰極射線(xiàn)管中熱陰極產(chǎn)生的電子束流密度低得多，電流強(qiáng)度小，只相當(dāng)于陰極射線(xiàn)管電流強(qiáng)度的1/100；因此影像增強(qiáng)管的影像輸出屏應(yīng)該在低強(qiáng)度電子束流激發(fā)下能具有較高的發(fā)光效率。第60頁(yè)/共86頁(yè)輸出屏材料ZnS:Cu+(Zn,Cd)S:Cu+輸出屏上的影像是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)用攝像機(jī)攝取、傳輸?shù)诫娨暀C(jī)熒光屏上觀察。第61頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)發(fā)光材料CaWO4鎢酸鈣白色粉末狀晶體白鎢礦型結(jié)構(gòu)自激活發(fā)光材料，發(fā)光中心為WO42-離子W5+(5S25P65d)→W6+(5S25P6)第62頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)發(fā)光材料(Zn,Cd)S:Ag+任意比例互溶組成混晶S2-Zn2＋Ag＋Cl－雜質(zhì)陷阱第63頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)發(fā)光材料Y2O2S,Gd2O2S硫氧化稀土類(lèi)對(duì)陰極射線(xiàn)和X射線(xiàn)有較高的吸收效率Y2O2S:Eu3+

紅色發(fā)光的陰極射線(xiàn)材料Gd2O2S:Tb3+

綠色發(fā)光的X射線(xiàn)發(fā)光材料第64頁(yè)/共86頁(yè)計(jì)算X射線(xiàn)影像(computedradiography,CR)計(jì)算X射線(xiàn)影像技術(shù)是利用X射線(xiàn)存儲(chǔ)發(fā)光材料(X-raystoragephosphors)[又稱(chēng)為光激勵(lì)發(fā)光材料(photostimulablephosphors)]制成一種影像板(ImagePlate,IP)、攝取X射線(xiàn)輻照的影像，首先在圖像板中形成由色心(被俘獲的激發(fā)態(tài)電子和空穴)構(gòu)成的潛影，隨后運(yùn)用精密光學(xué)機(jī)械和數(shù)字成像技術(shù)，把影像板中的潛影讀取出來(lái)并顯示為可視圖像。CR過(guò)程的示意如圖所示。第65頁(yè)/共86頁(yè)校醫(yī)院第66頁(yè)/共86頁(yè)校醫(yī)院第67頁(yè)/共86頁(yè)校醫(yī)院第68頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)存儲(chǔ)發(fā)光機(jī)理第69頁(yè)/共86頁(yè)計(jì)算X射線(xiàn)影像和常規(guī)的X射線(xiàn)透視或照相不同之處在于:它不是用發(fā)光屏或增感屏接收X射線(xiàn)輻射影像及時(shí)地直接轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暪鈱W(xué)影像。它使用的不是瞬時(shí)發(fā)光材料，而是存儲(chǔ)發(fā)光材料。第70頁(yè)/共86頁(yè)激光光掃描器光電倍增管增幅器A/D轉(zhuǎn)換器馬達(dá)1101100110010010111影像板掃描儀工作原理第71頁(yè)/共86頁(yè)與屏—片組合的X射線(xiàn)照相技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn):①靈敏度高，可以縮短曝光時(shí)間，降低病人接受的X射線(xiàn)輻照劑量;②可以對(duì)圖像進(jìn)行后期處理以獲得清晰的影像;③IP可以反復(fù)使用萬(wàn)次以上，每次攝像讀取之后，只需將IP用強(qiáng)白光照射1～2s，即可消除其殘留的潛影，再次使用。與屏—片組合X射線(xiàn)攝像相比，極大地節(jié)省了X射線(xiàn)檢查的費(fèi)用。第72頁(yè)/共86頁(yè)能實(shí)際應(yīng)用的光激勵(lì)發(fā)光材料必須具備以下條件:

①組成中包含重原子，有較高的X射線(xiàn)吸收效率和光激勵(lì)發(fā)光的效率。②晶體中存在有特定的點(diǎn)缺陷(色心)，可以作為電子和空穴的陷阱。陷阱的能級(jí)深度適當(dāng)。既要保證俘獲態(tài)載流子在室溫下穩(wěn)定存在，又能用紅光將其激勵(lì)出陷阱。③晶體的激勵(lì)光譜波長(zhǎng)應(yīng)位于紅光或紅外區(qū)，其激勵(lì)發(fā)光光譜波長(zhǎng)應(yīng)在藍(lán)綠色光區(qū)。二者峰值波長(zhǎng)應(yīng)相距較遠(yuǎn)，以避免強(qiáng)的激勵(lì)光干擾發(fā)光的接收，同時(shí)也可以適宜選用輕便的半導(dǎo)體固體激光器做激勵(lì)光源。④發(fā)光的衰減時(shí)間應(yīng)短于1μs，以利于激勵(lì)光束快速行幀掃描，避免相鄰掃描點(diǎn)發(fā)光重疊(造成影像模糊不清)。⑤晶體發(fā)光隨X射線(xiàn)輻照劑量的改變呈寬的線(xiàn)性關(guān)系。第73頁(yè)/共86頁(yè)目前商業(yè)使用發(fā)光材料BaFBr:Eu2+;BaFBr0.85I0.15:Eu2+第74頁(yè)/共86頁(yè)X射線(xiàn)存儲(chǔ)及光激勵(lì)發(fā)光的機(jī)理模型一第75頁(yè)/共86頁(yè)模型二發(fā)光過(guò)程中電子是通過(guò)隧道效應(yīng)近距離地與空穴復(fù)合，而不是先經(jīng)過(guò)導(dǎo)帶后再與空穴復(fù)合。BaFBr:Eu2+的X射線(xiàn)激發(fā)和光激勵(lì)發(fā)光的過(guò)程機(jī)理還有待更深入的研究探討，這也有益于新的光激勵(lì)發(fā)光材料的發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。光激勵(lì)電導(dǎo)隨溫度升高而增加，光激勵(lì)發(fā)光不變。第76頁(yè)/共86頁(yè)熱釋光劑量探測(cè)高能粒子和電離輻射線(xiàn)包括帶電的α、輻射和不帶電的Y.X光子以及中子((n)。它們中有的來(lái)自天然放射性物質(zhì)、宇宙射線(xiàn)，但大量來(lái)自人造輻射源。如核反應(yīng)裝置、高能加速器，各類(lèi)放射性醫(yī)療設(shè)備、核醫(yī)學(xué)成像儀以及海關(guān)大型貨物監(jiān)測(cè)設(shè)備等。第77頁(yè)/共86頁(yè)

利用發(fā)光現(xiàn)象設(shè)計(jì)的輻射劑量計(jì)有兩類(lèi):一是射線(xiàn)發(fā)光劑量計(jì):直接利用射線(xiàn)輻照時(shí)產(chǎn)生的閃爍光強(qiáng)標(biāo)定劑量大??；二是熱釋光劑量計(jì):后者是在射線(xiàn)輻照停止后，發(fā)光體受熱而產(chǎn)生的熱釋光光強(qiáng)作劑量的標(biāo)定。第78