闪烁玻璃的研究进展

导读：近年来，闪烁玻璃在生活和科研中得到广泛应用。其中，Ce³⁺掺杂闪烁玻璃具有较好的闪烁性能，受到了国内外研究者们的广泛关注。近期，中科院高能物理研究所钱森研究员发表了题为“Ce³⁺掺杂闪烁玻璃的研究进展”综述，根据Ce³⁺掺杂不同玻璃基质分类，对Ce³⁺掺杂闪烁玻璃的光学透过率、光产额、衰减时间、抗辐照特性等性能进行了介绍，并详细分析了其性能提升手段、应用和未来发展方向。

掺杂Ce³⁺的闪烁玻璃由于其稳定、出色的发光性能而广泛应用在安检、医学成像、高能物理等领域。相较于传统的闪烁晶体，闪烁玻璃成本低廉、制作工艺简单且组成连续可调，是闪烁材料的良好选择。其发光闪烁机理如图1所示，高能粒子与闪烁材料通过光电效应和康普顿散射效应发生多步相互作用。大量高能电子-空穴对在导带和价带中产生和热退激，并在材料中迁移。在材料的禁带中，电荷载流子可能会引入相当大的迁移延迟并被重新捕获。最后，发光中心连续捕获电子和空穴并通过辐射跃迁从而产生闪烁光。

 

图1. Ce³⁺中心的能级跃迁机理

1. Ce³⁺掺杂闪烁玻璃研究现状

Ce³⁺掺杂的闪烁材料种类不断地被拓展和丰富。根据玻璃基质的不同，可以分为氧化物玻璃、卤化物玻璃和微晶玻璃三种。

1.1 Ce³⁺掺杂氧化物玻璃

硼酸盐玻璃（B系列）是以B2O3为网络形成体的玻璃。其优势在于适合各种元素掺入，稳定性好，熔点不高，对稀土溶解能力强，制备工艺简单等，但同时面临出射光强度低的困境。表1给出了Ce³⁺掺杂硼酸盐闪烁玻璃的基本性能参数，针对密度低、发射峰波长小等缺陷，研究者们提出加入WO3、La2O3等重金属元素提高密度、加入离子半径较小的元素使得发射峰产生红移。

表1.Ce³⁺ 掺杂硼酸盐玻璃的性能参数