YAG晶体性能测试+文献综述(2)
（8）易于加工成各种形状和尺寸；
（9）较好的化学稳定性（不吸潮）。
1.1.2 闪烁晶体的应用
在20世纪吹冰十年代以后闪烁晶体作为一种功能材料获得大量应用，当时在世界范围内陆续兴建的大型粒子加速器促成了闪烁晶体的大量应用。而在七十年代初，X射线断层扫描相机(XCT)和正电子断层扫描相机(PET)的出现及其快速普及，如图1为临床使用PET装置，更使闪烁晶体成为当今人工晶体材料领域中少数几种有重大经济效益的主流晶体之一[3]。
晶体产生的荧光可以经光导管传至光电倍增管，进而将光信号转变为放大的电脉冲，再经电子仪器记录下来。所以，闪烁晶体可以用于医用X射线层面照相术（XCT）、正电子层面照相术（PCT）、工业无损检测、安全检查、高能物理探测如等领域[1]，如图2为应用于高能物理研究的钨酸铅闪烁晶体。其中，早期商业化应用于XCT等装备上的闪烁体主要是由无机物质用提拉法或坩埚下降法生长制成的NaI:Tl、CaF2:Eu、Bi4Ge3O12（BGO）、CsI:Tl、LiI:Tl、LiI:Eu、CaF3和CdWO4等晶体。其中NaI:Tl晶体极易潮解，并有严重的余辉问题。CaF2:Eu的阻止本领低，它的435nm发射峰与最好的光电倍增管响应偏低。BGO光输出偏低，原料价格也较昂贵。CsI:Tl有严重的迟滞问题，热膨胀系数高、机械强度低，容易潮解，有毒性，超高纯原料价格昂贵；CdWO4易解理，价格昂贵，且有严重的毒性[6-7]。
图1 临床使用PET装置 图2应用于高能物理研究的钨酸铅闪烁晶体
闪烁晶体具有对带电粒子阻止本领大，对射线吸收系数大，发光效率高，强度与入射线能量成正比等特点，是制造正负电子对撞机电磁量能计的关键材料，也是核工业中快速检查核燃料仪器的核心部件[1]。
1.1.3闪烁晶体的发展
早在上世纪初，Crooks就利用ZnS闪烁体制成α粒子探测器，它曾在卢瑟福提出原子模型的著名实验中发挥了重要的作用。由此可见闪烁晶体的发展已经度过了一个世纪的漫长岁月。在早期，曾使用玻璃、塑料乃至液体闪烁材料。而如今，无机闪烁晶体具有高密度、化学性能稳定等优良性能，从而成为闪烁材料的发展主体[3]。如20世纪60年代诞生了红宝石(Al2O3:Cr)晶体激光器[4]。但是随着影像核医学医疗设备的发展和高能物理与核物理实验需求的提高，对闪烁晶体的要求也越来越高。理想的闪烁晶体应该具有更大的有效原子序数、更高的光输出、更快的衰减、更高的能量分辨率等。70年代二极管泵浦掺钕钇铝石榴石(YAG:Nd)问世[4]。由于YAG 激光晶体以其低的泵浦阀值、高光泵效率、高光束质量和高功率输出而占据了固体激光材料约90% 的市场. 几十年来,在强大的需求推动下, YAG 晶体中的缺陷、掺杂、服役行为和环境影响等有关问题得到了充分关注,从而不同稀土掺杂的YAG闪烁晶体相继出现[4]。
1.2 YAG晶体闪烁性能
1.2.1 YAG晶体的基本性能
钇铝石榴石(Y3A15O12，简称 YAG），是重要的光学晶体，各种稀土掺杂YAG 晶体在固体激光器中得到广泛应用。 因为具有特定的组成和结构，化学性质稳定，不溶于 H2SO4、HCl、HNO3、HF；仅在大于 250℃时溶于 H3PO4，具有非常优良的物理和机械特性[5]。
表1 YAG的基本性质
名称 数值 名称 数值
组成 Y3Al5O12 密度 4.55g/cm3
分子量 593.63 热导率 0.14W/(K•cm)