面向超快闪烁成像屏的大尺寸Yb:YAG晶体生长、缺陷和性能研究
批准号:
52072183
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
孙军
依托单位:
学科分类:
人工晶体与玻璃材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙军
中文摘要
高能量密度物理态是物理学重要的研究前沿方向之一,我国和其它发达国家竞相开展研究,以电子束、硬X射线和伽马射线等为探针的超快辐射成像探测技术是高能量密度物理态研究的重要手段。由于高能量密度态的物理过程演变速度极快,需要超快辐射探测有足够高的时间分辨和空间分辨,Yb:YAG晶体由于衰减时间短、中子/伽马射线甄别能力强等优点,成为首选的探测材料。但是目前Yb:YAG晶体尺寸小、发光效率偏低、抗辐照损伤能力差,只能通过拼接方式制备超快辐射探测成像屏,而且寿命短、成本高昂。.本项目面对高能量密度物理态前沿研究对成像屏的需求,围绕Yb:YAG晶体存在的问题开展工作,探明导模法生长的Yb:YAG晶体闪烁性能和辐照硬度的影响因素及作用机制,优化晶体闪烁性能和抗辐照能力,实现导模法生长大尺寸Yb:YAG晶体,制备出大尺寸无拼接超快辐射探测成像屏,为X射线、电子束流和伽马射线等超快探测提供支撑。
英文摘要
High energy density physics(HEDP) is one of the important research frontiers in physics. Our country and other developed countries are competing to carry out research on it. Due to the extremely fast evolution of the physical process of the high energy density solid state, the ultra-fast radiation detection method with high enough time resolution and spatial resolution is required. Currently, Yb:YAG is the most preferred detection material due to its short decay time and high n/γ discrimination capability. However, at present, the luminous efficiency and radiation hardness of Yb:YAG are relatively low. And the size of Yb:YAG crystal are not big enough for radiation imaging. Therefore, the imaging screen can only be prepared by splicing, which lead to short service life and high cost..To meet the demand of HEDP for large imaging screen, the project is trying to solve the problems of Yb:YAG crystals. We will explore the influence factors of scintillation properties radiation hardness and effect mechanisms of Yb:YAG crystal grown by edge defined film fed growth method, and optimize scintillation and irradiation properties. And then we prepare the large imaging screen using large size Yb:YAG crystal without splicing. This research will supply technical support for X-ray, electron beam and gamma rays detection.
本项目面对高能量密度物理态等前沿研究领域对超快闪烁成像屏的需求,针对Yb:YAG晶体晶体尺寸小、发光效率偏低、抗辐照损伤能力差等问题,围绕Yb:YAG晶体存在的以上问题开展了系统研究。围绕大尺寸Yb:YAG晶体难以满肩生长、晶体开裂、中心过冷等问题开展了研究,提出通过分析弯月面高度的变化来调整拉速和加热功率,实现了晶体的稳定生长;通过改变保温层结构,构建了固液界面附近具有相对较大轴向温度梯度、固液界面上方具有相对较小轴向温度梯度的特殊热场,建立并优化了适合大尺寸Yb:YAG晶体生长的全套热场,制备出了系列表面平整、厚度均匀的大尺寸Yb:YAG晶体,最大尺寸达到300 mm×150 mm×7 mm,是目前全球公开报道的的最大尺寸Yb:YAG晶体;研究发现导模法制备的晶体(100)晶面位错腐蚀坑主要为方形,(111)晶面则主要为三角锥形,位错数较小,(100)晶面位错在50 μm内仅能观察到1-2个腐蚀坑。对晶体的发光效率、斜率效率、时间响应等进行测试,表明导模法制备的Yb:YAG晶体相比于提拉法制备的晶体具备更优秀的发光性能,在1000 Gy高强度伽马射线下辐照后透过率没有明显变化,辐照硬度明显提升。建立了Yb:YAG晶体化学机械抛光工艺技术,满足了成像屏制备需求。组建了伽马辐射成像系统,建立了辐射响应均匀性、探测灵敏度、空间分辨率、动态范围、时间响应特性等闪烁屏关键性能的测试系统,对Yb:YAG晶体荧光闪烁屏关键性能进行了性能测试,实验结果表明Yb:YAG晶体闪烁荧光屏的非均匀性RMS/MEAN约为5.6%,荧光衰减时间约1.8 ns,光产额为597 p.h./MeV,能够很好的满足实用化需求。.本项目部分研究结果应用于中国工程物理研究院核物理与化学研究所某项目任务的图像诊断中。数据整理发表论文3篇,部分研究结果待发表;申请发明专利2项;培养博士生2名。硕士生2名。
名义纯及高掺镁铌酸锂晶体1.06μm激光损伤的研究
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批准号:61575099
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项目类别:面上项目
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资助金额:61.0万元
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批准年份:2015
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负责人:孙军
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依托单位:
锂在铌酸锂晶体中的扩散行为及其应用研究
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批准号:61108055
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2011
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负责人:孙军
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依托单位:
国内基金
海外基金