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碘化铯99.999%

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闪烁晶体

闪烁体按其化学性质可分为两类:一类是无机晶体闪烁体,通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体,如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl),碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl),硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等;另一类是有机闪烁体,它们都是苯环碳氢化合物。闪烁体的发光机制比较复杂,在此对无机晶体闪烁体的发光机制作一些简要的定性介绍。

无机晶体闪烁体属离子型晶体,原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大,晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。其中最低能量状态已为电子所填满,故称为满带;价电子都处于稍高的能量状态,这种能带称为“价带”。若价带未填满,则在外电场作用下将有净电流产生;若价带已填满,则必须有电子被激发到更高的能带——导带上去,才能产生电流,此时价带上有一空穴,导带上有一电子,即产生了一个自由电子——空穴对。价带与导带之间的空隙中不存在电子能级,称为禁带;禁带有一宽度Eg,它和晶体的导电性质密切相关,导体在0.1eV左右,半导体在0.63—2.5eV之间,无机闪烁体为绝缘透明物质,Eg>3eV,NaI为7.0eV。

也存在另一种情况:在闪烁晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着,称为“激子”,它们在晶格中一起运动,在外电场中无净电流产生,其能带在导带之下,称为“激带”。自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子,激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。

当核辐射进入闪烁体时,既可产生自由电子——空穴对,也可以产生激子。而后电子从导带或激带跃迁到价带,退激过程中放出光子;也存在着竞争过程——非辐射跃迁,即通过放热(晶格振动)退激。

有一点需要指出,纯的CsI晶体不是有效的闪烁体。一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光范围,不是可见光;二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被晶体自身吸收。为了解决这一问题,在纯晶体中掺入少量杂质原子,称为“激活剂”,它们成为发光中心,形成一套激发能级,能量比导带低,而基态却比价带高,这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度Eg小,那么它就不可能再使价带上的电子激发到导带上去,从而避免自吸收。

碘化铯闪烁晶体能吸收外来射线能量使原子、分子电离和激发,退激时发射出荧光光子。CsI(Tl)晶体的密度较大(ρ=3.67g/cm),而且高原子序数的碘占重量的85%,所以对γ射线的探测效率特别高,同时相对发光效率大;它的发射光谱最强波长为415nm左右,能与光电倍增管的光谱响应较好匹配。此外,晶体的透明性也很好,测量γ射线时能量分辨率也是闪烁体中较好的一种。


 
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