[发明专利]大尺寸钨酸铋晶体的助熔剂生长方法及应用

说明书

本发明提供了一种大尺寸钨酸铋晶体的助熔剂生长方法及应用，晶体生长料的预制，预先合成目标晶体的多晶，将多晶与助熔剂进行充分混合获得晶体生长料；或者不经目标晶体的多晶合成，直接将原料按照目标晶体的化学计量比进行配料，与助熔剂进行充分混合，获得晶体生长料；目标晶体的助熔剂生长，先无籽晶生长，后籽晶生长，获得目标晶体。本发明所需条件容易达到，操作简单，生长周期在20天左右可以获得30mm×30mm×2mm的大尺寸单晶，基本满足加工和物理性质表征的要求。采用的助熔剂不含高毒元素，且均可以在市场方便够得，价格低廉，生长过程中产生的废渣对环境的污染和损害较小。

技术领域

本发明属于闪烁晶体技术领域，特别涉及一种大尺寸钨酸铋晶体的助熔剂生长方法及应用。

背景技术

闪烁晶体是指可以将难以直接探测的高能粒子以及高能射线(如高速带电粒子、X射线、γ射线、中子等)转化为可以被光电探测器直接检测的可见光或近紫外光的晶体。根据闪烁晶体的光电特性，可以将闪烁晶体与光电倍增管(PMT)、光电二极管(PD)以及雪崩二极管(APD)等光电元件进行耦合制备闪烁探测器，在高能物理、生物医学检测、工业勘探、安全检查等领域具有重要的应用。例如，在高能物理方面，2015年发射升空的暗物质粒子探测卫星“悟空”上的核心部件就是由308根25×25×600mm3的Bi4Ge3O12(BGO)晶体构成的探测器；在临床医学领域，目前广泛用于心脑血管领域和肿瘤等重大疾病的早期发现和诊断的PET-CT检查中，核心部件就是由闪烁晶体(BGO晶体、LuxY2-xSiO5:Ce(LYSO:Ce)晶体、LaBr3晶体、Gd3Al2Ga3O12(GAGG)晶体等)组成的阵列，闪烁晶体的性能是影响成像质量的决定性因素；在工业生产领域，工业断层扫描已经成为探测材料缺陷必不可少的手段。目前，闪烁晶体是人工晶体材料领域具有重大应用前景的材料之一，也是目前研究的重要领域。

在闪烁晶体的发光机理上，闪烁晶体吸收高能粒子或者高能射线的能量，使得晶体中处于基态的电子跃迁到不稳定的激发态，产生大量的电子和空穴，电子和空穴迁移到发光中心并将携带的能量传递给发光中心，电子和空穴发生复合，辐射出一定紫外或者可见光波段的荧光光子，经光电倍增管被光电探测器检测。也正是由于这个原因，闪烁晶体对不同波段光子的具体响应机制也有不同，从而可以实现对不同能量入射光子的分辨。能量分辨率是衡量闪烁晶体性能的一项重要指标，好的闪烁晶体应该具有高的能量分辨率。此外，表征闪烁晶体性能的主要参数还有光谱响应、光输出(光产额)、衰减时间、光学透过范围以及抗辐照能力等。其中，光谱响应值得是闪烁晶体在高能粒子/射线作用下产生的荧光脉冲应当处于成熟探测器的探测范围之内，这样才能实现闪烁晶体与光电探测器的最优匹配。光输出(光产额)衡量的是闪烁晶体将入射能量转化为发射的荧光脉冲能量的本领，也是衡量闪烁晶体闪烁性能的最重要指标之一。衰减时间是指闪烁晶体产生的荧光光子数衰减到最大荧光光子数的1/e所需要的时间，衰减时间越长，闪烁晶体在工作时因能量堆积造成的探测信号堵塞就越严重，闪烁性能就越差。因此，好的闪烁晶体一般要求尽可能小的衰减时间，而且没有余辉或者余辉很微弱。光学透过范围与闪烁晶体的禁带宽度是直接相关的，为了避免严重的自吸收，闪烁晶体发射的荧光波长应该处于晶体的光学透过范围之内。抗辐照能力指的是晶体在高能粒子/射线作用下能够长期稳定工作的能力，又称之为辐照硬度。此外，好的闪烁晶体还应当具有高的密度和有效原子序数，尽可能提高对高能粒子/射线的吸收阻止能力；还应当具有良好的环境稳定性，不分解，不潮解，能够满足长期使用的要求。