定制化服务

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定制化服务

闪烁晶体和闪烁探测器常涉及某些定制化的要求,用以满足特定领域的应用并达到理想的使用效果。其定制化服务包括很多方面,比如晶体掺杂的成份、晶体形状和尺寸、晶体表面切割、研磨、抛光处理和反射层的选择,如硫酸钡(BaSO4)、二氧化钛(TiO2)和3M镜面反射膜(ESR),以及潮解性晶体的特殊封装等;同时包括探测器需要耦合的光电转换器件的选择,如光电倍增管PMT、硅光电倍增管SiPM或光电二极管PD;以及后端电子学模块。


上海烁杰晶体材料有限公司在闪烁晶体研发、生长和加工方面拥有20余年的经验,主要设备包括布里奇曼和提拉法的晶体生长炉、线切机、内圆切割机以及研磨和抛光设备;另配套完整的晶体阵列组装线,可加工用于安检、无损检测、医疗CT以及核医学影像(正电子计算机断层扫描PET)的闪烁体阵列。同时在探测器组装方面,例如晶体与PMT、SiPM和PD的耦合,包括后端电子学模块,与知名高校积极开展产、学、研一系列紧密合作,能够满足绝大数客户对晶体和探测器定制化需求。

材料成分

材料成分

闪烁晶体可以通过引入掺杂剂来优化改善其特定的闪烁性能,如碘化钠NaI和碘化铯CsI晶体在生长过程中引入铊(Thallium)掺杂,可显著提升其光产额NaI(Tl)和CsI(Tl);或者改变晶体的衰减反应时间,如氟化钡BaF2晶体里面有快慢两种衰减成分,一般两者比例为1:5,通过引入钇(Yttrium)元素掺杂获得BaF2-Y,快慢比可提升为2:1;亦或是多种元素共掺杂比如钙(Calcium)掺杂 LYSO(Ce) - LYSO(Ca, Ce)。

尺寸和形状

尺寸和形状

闪烁晶体的尺寸和形状影响其光收集效率、空间分辨率和能量分辨率方面等性能。可以通过定制以适应所使用的探测器或仪器的尺寸,并达到理想的性能结果。这包括将晶体切割成特定的形状,例如规则的立方体和圆柱体;特殊的菱形、六边形和梯形等。并且为了将晶体安装到指定的探测器外壳中,也常常需要重新调整晶体的尺寸。

表面处理

表面处理

闪烁晶体的表面处理包括切割、研磨、抛光(机械抛光和化学抛光)和镀膜等。晶体在不同环境下的应用需要对其表面进行特定处理,以最大限度地减少光散射,并提高光子的收集效率。例如通过使用不同粗糙程度的砂纸W14、W20、W28等,将晶体表面研磨成特定粗糙度的粒径(μm);或者通过对晶体表面进行机械抛光,增加到达光电转换器件的光子数量;而化学抛光则能提高晶体透明度和表面光洁度,并使整个晶体表面具备更均匀的闪烁响应。

反射层

反射层

常用的反射层材料如氧化镁(MgO)、二氧化钛(TiO2)、硫酸钡(BaSO4)、镜面反射膜(ESR,3M)或特氟龙,当其应用于闪烁晶体时,光子的收集效率可以得到明显提升。这些反射层也可应用于晶体阵列中,以最大限度地减少像素与相邻像素之间的信号串扰。例如PET/SPECT设备中的LYSO(Ce)和BGO常使用BaSO4和ESR反射层;工业CT或X射线安全检测设备中的CsI(Tl)、CdWO4和GOS常使用TiO2反射层;并经常涉及添加铅片或钨片等特殊材料以达到更好的防窜扰效果。

封装

封装

闪烁晶体可以通过定制的外壳封装来优化其性能,并同时保护其免受湿度、温度、冲击和振动等环境因素的影响。 例如潮解性的晶体碘化钠NaI(Tl)、溴化澜LaBr3(Ce)和溴化铈CeBr3,一般都需要使用铝制外壳和光学玻璃窗口封装,以防止湿气侵袭。 并且在条件极为恶劣的应用环境中,例如随钻测量(Measurement While Drilling, MWD),会涉及高温、冲击和振动,因此需要使用不锈钢或钛合金外壳,加焊接玻璃窗口的特殊封装,来确保探测器在作业中性能的持久性和稳定性。

光电转换设备

光电转换设备

闪烁体发出的光可通过光电转换器件(如光电倍增管PMT、硅光电倍增管SiPM、光电二极管PD)转换为电流信号。由于闪烁体发光具有特定波长范围,不同类型的闪烁体光谱不同,因此需要定制不同类型的光电探测器以优化其对特定光谱的响应,从而提高探测性能。在空间受限的场合,可以选择体积较小的SiPM和PD光电转换器件。根据晶体尺寸和测量精度的要求,我们可以定制不同的SiPM阵列或PD阵列。此外,通过对光电探测器的定制化设计,还可以优化探测器的噪声水平和时间响应特性。


耦合材料

耦合材料

光导和耦合材料可优化光传输效率,满足特定几何需求。光导材料包括光导玻璃、光纤,使用光导可实现复杂光路设计。光导玻璃用于将形状不同的晶体和光电探测器进行连接,光纤可用于远距离传输。耦合材料包含光学硅脂、光学粘合剂和硅胶垫片,可以填充界面间隙,减少反射和散射,确保高效光传输。光学硅脂透明度高,光学粘合剂提供牢固连接,硅胶垫片弹性好,适应不同界面形状。通过精确的界面设计和材料选择,可减少光信号在传输过程中的损耗和噪声,提高探测器的灵敏度和精度。


电子学器件

电子学器件

核电子学器件包括前置放大器、分压器、计数模块、多道脉冲幅度分析器、无线传输模块等。对于GM管等气体探测器、PMT或SiPM耦合的闪烁体探测器、HPGe等半导体探测器等需要不同种类的读出电路。对于高辐射场需要使用快电流灵敏前置放大器,以提高系统脉冲通过率。对于高精度测量要求,需要使用具有弹道亏损校正、低频噪声抑制、自动稳谱等功能的多道脉冲幅度分析器。对于核素分析和活度测量的应用场合需要使用核素识别与活度测量等功能的谱仪。对于数字反康、符合测量时,需要使用多通道的多道脉冲幅度分析器和定时测量模块。