,2005

收稿日期

:2004

2

07

2

29

;

修改日期

:2004

2

10

2

24

基金项目

:

国家自然科学基金资助项目

(

No

:50172054

)

作者简介

:

黄彦林

(

1966

-

)

,

男

,

河南郑州人

,

中原工学院教授

,

博士

,

从事矿物材料开发应用

、

人工晶体的生长

、

发光性

能和微结构研究

.

X

射线激发荧光光谱仪的建立及闪烁晶体发光表征

黄彦林

1

,

冯锡淇

2

,

朱洪全

3

,

朱文亮

2

(

1.

中原工学院

材料与化学工程系

,

河南

郑州

450007

;

2.

中国科学院

上海硅酸盐研究所

高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室

,

上海

200050

;

3.

诸城市城北职工子弟学校

,

山东

诸城

262200

)

摘

要

:

利用

X

射线作为激发光源

,

自行组装并实现计算机控制的

X

射线激发荧光光谱仪

.

介绍了

X

射线激发荧

光光谱仪的建立及其结构特性

.

该仪器具有时间分辨率高

、

测量动态范围大

、

使用方便等优点

,

可应用于晶体

、

粉末和液

体等各种样品的测量

,

该仪器同时还具有很强的扩展性

.

关键词

:X

射线

;

激发

;

荧光光谱

;

光谱仪

;

闪烁晶体

中图分类号

:

T

H744.

16

;

O433.

1

文献标识码

:A

文章编号

:1005

2

4642

(

2005

)

05

2

0024

2

04

1

引

言

物质在

γ

射线或高能粒子作用下产生脉冲光

的现象称为闪烁效应

,

这些物质被称为闪烁体

.

无机闪烁晶体具有密度高

、

透明和闪烁性能优良

等优点

,

从而在已经实用的闪烁材料中占据了重

要地位

.

自从

1948

年

Hoftadter

发现

NaI

(

Tl

)

晶

体的优良闪烁性能以来

[

1

]

,

经过半个多世纪的努

力

,

逐渐发现了如

Bi

4

Ge

3

O

12

(

B

GO

)

,

CsI

,BaF

2

,

PbWO

4

(

PWO

)

,

CeF

3

,L

u

2

SiO

5

,LaCl

3

和

LaBr

3

等性能优良的闪烁晶体

,

极大地拓宽了闪烁晶体

在高能物理与核物理

、

医疗

、

安全检查等领域的应

用

[

2

～

5

]

.

如今

,

无机闪烁晶体已经成为这些高新

技术领域中不可缺少的关键材料

.

应用上对无机闪烁晶体提出新的要求

,

促使

了对闪烁晶体的深入研究

,

从而使闪烁机理得到

了丰富和发展

.

在闪烁晶体的研究过程中

,

闪烁

和发光性能的表征无疑是至关重要的

[

6

]

.

90

年代

中后期

,

美国加洲大学洛仑兹伯克利国家实验室

研究开发了一种以脉冲

X

射线作为激发光源的

寿命光谱仪

[

7

,8

]

,

使用灵活方便

,

寿命测量动态范

围大

,

并可适用于晶体

、

粉末及液体等各种样品测

量等特点

,

在新型闪烁材料的研究和发现上曾经

发挥了重要作用

.

闪烁晶体是我国的优势领域

,

尤其是晶体制

备能力和水平为国际所公认

.

我国近年来对于闪

烁性能的测试研究也有很大的进步

,

例如中国科

学院上海硅酸盐研究所为提高测量

PWO

晶体发

光性能的精确度

,

建立和发展了适合于低光产额

的

γ

能谱拟合和解谱的方法

;

温度监察系统和温

度修正方法

;

建立了单光子延迟符合法测量荧光

衰减时间装置

;

建立了可进行

3

种辐照方式可调

辐照剂量的辐照装置

;

这些装置不仅能精确地测

量闪烁性能

,

也为

PWO

晶体的性能研究提供了

很好的基础

.

在闪烁晶体的各个性能参量中

,

发射光谱是

一个非常重要的性能指标

,

对晶体的开发和性能

的研究有很重要的意义

.

在一般情况下

,

传统的

发光材料荧光光谱的测量采用氙灯作为激发光

源

,

其发射光大多在紫外波段

,

基本能够满足需

要

,

光致发光

(

Photoluminescence

,PL

)

中

,

光谱的

测试是在样品表面完成

,

晶体的表面状态对光谱

形状有很大影响

;

但是对于闪烁晶体

,

采用紫外激

发不能有效地探测其荧光

,

因为在闪烁晶体的发

光中存在着快

、

慢分量

,

采用紫外激发只能测到慢

分量

,

而快分量却是我们主要感兴趣的

.

用

X

射

线作为激发源可探测到晶体内部发光

,

更真实地

反映闪烁晶体在实际使用时的发光状态

.

在长期研究和实践的基础上

,

自行组装了

1

台

X

射线激发荧光光谱仪

(

FluorMain

,X

2

ray

ex