荷兰Scionix闪烁晶体\高密度和高效 Z（每个原子的质子数）有效地检测 γ 射线
闪烁材料的特性和用途
存在大量不同的闪烁晶体，可用于各种应用。闪烁体的一些重要特性是：
- 密度和原子序数 （Z）
- 光输出（波长 + 强度）
- Decay time （闪烁光脉冲的持续时间）
- 机械和光学特性
- 成本
密度和原子序数 （Z）
很明显，为了有效地检测 γ 射线，需要具有高密度和高效 Z（每个原子的质子数）的材料（见上文）。无机闪烁晶体满足制动力和光学透明度的要求，其密度范围约为 3 至 9 g/cm3，使其非常适合吸收穿透辐射（γ射线）。具有高 Z 值的材料用于高能 （> 1 MeV） 的γ光谱。
光输出（波长 + 强度）
由于光电子统计（或电子-空穴对统计）在准确测定辐射能量方面起着关键作用，因此所有光谱应用都首选使用具有高光输出的闪烁材料。闪烁体发射波长应与所用光检测设备（PM、SiPm 或光电二极管）的灵敏度相匹配。
Decay time （闪烁光脉冲的持续时间）
闪烁光脉冲（闪光）的特征通常是强度随时间（脉冲上升时间）快速增加，然后呈指数级下降。闪烁体的衰减时间由光脉冲强度恢复到其最大值的 1/e 的时间定义。大多数闪烁体的特征是具有不止一个衰减时间，并且通常会提到有效平均衰减时间。衰减时间对于快速计数和/或定时应用非常重要。
机械、光学和闪烁特性
伽马射线能谱中使用最广泛的闪烁材料 NaI（Tl） 具有吸湿性，仅用于密封金属容器以保持其特性。所有水溶性闪烁材料的包装方式应使其不受湿气侵蚀。一些闪烁晶体在机械压力下很容易开裂或裂开，而另一些则是塑料的，只会像 CsI（Tl） 一样变形。
在下面的表 3.1 中，列出了常用闪烁材料的最重要方面。该列表并不广泛，并且会定期开发新材料。
最常见闪烁材料的物理特性
| 材料 | 密度（克/厘米3） | 排放最大 （纳米） | 衰变不断 (1)
| 折射的指数 (2) | 转换效率 (3) | 吸湿 |
| 钠 （Tl） | 3.67 | 415 | 0.23 微秒 | 1.85 | 100 | 是的 |
| CsI（Tl） | 4.51 | 550 | 0,6/3.4 微秒 | 1.79 | 45 | 稍 |
| 顺化硅（Na） | 4.51 | 420 | 0.63 微秒 | 1.84 | 85 | 是的 |
| CsI（未掺杂） | 4.51 | 315 | 16 纳秒 | 1.95 | 4-6 | 不 |
| Cs2LiYCl6：Ce（CLYC） | 3.31 | 275 至 450 纳米 | 1,50,1000 纳秒 | 1.81 | 30-40 | 是的 |
| CaF2（欧盟） | 3.18 | 435 | 0.84 微秒 | 1.47 | 50 | 不 |
| 氯化锌3：Ce（0.9） | 3.79 | 350 | 70 纳秒 | 1.90 | 95-100 | 是的 |
| SrI2（欧盟） | 4.60 | 450 | 1-5 微秒 | 1.85 | 120-140 | 是的 |
| 溴化钨2.85Cl0.15：Ce （LBC） | 4.90 | 380 | 35 纳秒 | 1.90 | 140 | 是的 |
| 6锂玻璃 | 2.6 | 390/430 | 60 纳秒 | 1.56 | 4-6 | 不 |
| Cs2LiLaBr4.8Cl1.2 Ce （CLLBC） | 4.08 | 420 | 120 纳秒 500 纳秒 | 1.90 | 84 | 是的 |
| 6李 | 4.08 | 470 | 1.4 微秒 | 1.96 | 35 | 是的 |
| 苯并2 | 4.88 | 315220 | 0.63 微秒/0.8 纳秒 | 1501.54 | 165 | 不 |
| CeBr3 系列 | 5.23 | 370 | 18 纳秒 | 1.9 | 130 | 是的 |
| YAP（塞） | 5.55 | 350 | 27 纳秒 | 1.94 | 35-40 | 不 |
| LYSO：Ce | 7.20 | 420 | 50 纳秒 | 1.82 | 70-80 | 不 |
| BGO | 7.13 | 480 | 0.3 微秒 | 2.15 | 15-20 | 不 |
| 二氧化镉4 | 7.90 | 470/540 | 20/5 微秒 | 2.3 | 25-30 | 不 |
| 二氧化铅4 | 8.28 | 420 | 7 纳秒 | 2.16 | 0.20 | 不 |
| 塑料（*） | 1.023 | 375-600 | 夜氪范围 | 1.58 | 25-30 | 不 |
（1） γ射线的有效平均衰减时间。
（2） 在发射最大值
的波长处 （3） 当耦合到带有双碱光电阴极面的光电倍增管时，γ射线在室温下的相对闪烁信号。
（*） 近似数据
每种闪烁晶体都有其特定的应用。对于高分辨率 γ 射线光谱，通常使用 NaI（Tl） 或 CeBr3（高光输出）。对于高能物理应用，使用锗酸铋 Bi4Ge3O12 （BGO） 晶体（高密度和 Z）或钨酸铅 （PbWO4） 改善了淋浴室的横向限制。对于β颗粒的检测，可以使用 CaF2（Eu） 或 YAP：Ce 代替塑料闪烁体（更高密度）。
闪烁材料及其最常见的应用
| 材料 | 重要属性 | 主要应用 |
| 钠 （Tl） | 非常高的光输出，良好的能量分辨率 | 一般闪烁计数、健康物理、环境监测、高温使用 |
| CsI（Tl） | 不吸湿，坚固耐用 | 粒子和高能物理学、一般辐射检测、光电二极管读出、 |
| 顺化硅（Na） | 高光输出，坚固耐用 | 地球物理、一般辐射探测 |
| CsI（未掺杂） | 快速、无吸湿性 | 物理学（量热法） |
| CaF2（欧盟） | 低 Z、高光输出 β 检测器、α/β 磷 | β 检测器，α/β phoswiches |
| Cs2LiYCl6：Ce （CLYC） | 中子探测能力 高分辨率 | 核标识符、物理学 |
| 氯化锌3：Ce（0.9） | 非常高的光输出，非常好的能量分辨率 | 高分辨率闪烁光谱、Health Physics 环境监测 |
| CeBr3 系列 | 非常高的光输出，非常好的能量分辨率，低背景 | 高分辨率光谱，低背景应用 |
| 6Lil（欧盟） | 高中子截面，高光输出 | 热中子探测和光谱学 |
| LaBr2.85Cl0.15： Ce （LBC） | 明亮、高分辨率的闪烁体（La-138 背景） | 高分辨率伽马能谱 |
| 铯2LiLaBr4.8 Cl1.2 Ce （CLLBC） | 具有中子能力的高分辨率闪烁体 | 物理、安全 |
| SrI2（欧盟） | 明亮、高分辨率的闪烁体 | 高分辨率伽马能谱 |
| 6锂玻璃 | 高中子截面，无吸湿性 | 物理、安全 |
| 苯并2 | 超快的 sub-ns 紫外线发射 | 热中性检测 |
| YAP（塞） | 高光输出、低 Z 值、快速 | 正电子寿命研究、物理学、快速定时 |
| 莱索 | 高密度和 Z 轴，快速 | Mhz-X 射线光谱学、同步加速器物理学 |
| BGO | 高密度和 Z 轴 | 物理研究， PETT， 高能物理 |
| 二氧化镉4 | 密度非常高，余辉少。缓慢的衰减时间 | 粒子物理学、地球物理研究 PET、反康普顿光谱仪。 |
| 二氧化铅4 | 快速、高密度、低余辉 | X 射线的直流测量（高强度），使用光电二极管读数，计算机断层扫描 （CT） |
| 塑料 | 快速、低密度和 Z 轴高光输出 | 物理研究（量热法）。一般计数、粒子和中子检测。 |
NaI（Tl） 闪烁晶体因其高光输出和发射光谱与光电倍增管的灵敏度完美匹配而被广泛用于γ辐射检测的标准应用中，从而获得良好的能量分辨率。此外，NaI（Tl） 是一种相对便宜的闪烁体。NaI（Tl） 晶体显示出明显的不成比例性（见下文），这导致 662 keV 时的能量分辨率限制为约 6% FWHM，NaI（Tl） 晶体可以在数百公斤的铸锭中生长成大尺寸（直径 400 毫米）。该材料可以切割成各种尺寸和形状，并切割成小直径。
CsI（Tl） 的优点是它不是真正的吸湿性（然而，它的表面长期受到湿度的影响），并且在压力下不会裂开或开裂。它是一种相对较亮的闪烁体，但其发射位于 500 nm 以上，而 PMT 并不那么敏感。然而，由于这一特性，它可以有效地通过硅光电二极管或 SiPm 读出。由于具有不同电离能力的带电粒子的衰变时间不同，CsI（Tl） 晶体经常用于粒子物理学研究中的阵列或矩阵。
CsI（Na） 是一种吸湿性高光输出坚固型闪烁体，与 CsI（Tl） 一样，主要用于需要机械稳定性和良好能量分辨率的应用。低于 120 oC，它是 NaI（Tl） 的替代品。CsI（Na） 的发射峰值为 400 nm，就像 NaI（Tl） 一样。
未掺杂（纯）CsI 是一种本征闪烁体，其密度和 Z 与 CsI（Na） 相同。它的发射波长约为 300 nm，并且由于它在室温下强度强烈热猝，因此相对较快（ns 衰减时间）。这种晶体中存在一种慢速成分，至少占总光产量的 10%。下面的发射光谱显示了闪烁体的发射光谱如何受到其激活类型的影响。
CaF2（Eu） ，铕掺杂氟化钙是一种相当古老的低密度闪烁晶体。由于其低 Z 值，它非常适合以高效率（低反向散射分数）检测电子（β 粒子）。CaF2（Eu） 是一种相对较慢的闪烁体，不吸湿且对许多化学物质呈惰性。它很脆，相对容易劈裂。
（6） LiI（Eu） 用于通过反应检测热中子
α 和 triton 的总 Q 值为 4.78 MeV。得到的热中子峰可以在大于 3 MeV 的 Gamma 等效能量处找到。这允许将中子相互作用与 γ 事件 （< 2.6 MeV） 分开。由于 6-LiI（Eu） 晶体中热中子的典型吸收长度 （90%） 仅为 3 mm，因此对伽马射线的效率可以降低。LiI（Eu） 晶体的直径可达 25 毫米。
6-Li 玻璃闪烁体提供与 6LiI（Eu） 晶体相同的检测热中子的可能性。然而，光输出远低于 LiI（Eu） 闪烁体，因此中子峰相对较宽。此外，所得粒子的闪烁效率很低，因此中子峰出现在 γ 能谱中大约 1.6 MeV 的位置。90% 的热中子仅被 1 mm 的材料吸收。
所有含 6-Li 的闪烁体也可用于探测快中子，但核反应的效率较小。
有关中子探测的更多详细信息，请参阅应用说明“使用闪烁体进行中子探测”。
氟化钡 （BaF2） 是一种非吸湿性闪烁体，在 220 nm 处具有非常快的衰变分量。为了检测这个组件，使用了带有石英窗的光探测器。
氟化钡探测器可实现快速的亚纳秒级计时，例如用于正电子寿命测量。它是一个弱闪烁体，在 662 keV 时具有适度的能量分辨率（通常约为 10-12 % FWHM @ 662 keV。
BGO （Bi4Ge3O12） 具有 7.13 g/cm3 的极高密度和高 Z 值，这使得这些晶体非常适合检测天然放射性（U、Th、K）、高能物理应用（高光分数）或紧凑型康普顿抑制光谱仪。由于 BGO 的光输出适中，能量分辨率不如标准碱卤化物，如 NaI（Tl） 或 CsI（Tl）。
YAP：Ce （YAlO3：Ce） 是一种高密度 （5.5 g/cm3） 氧化物晶体，衰变时间比 NaI（Tl） 短约 10 倍 （23 ns） 它用于高计数率（高达几 MHz）的探测器 这种材料的非吸湿性允许使用薄的聚酯薄膜入射窗。YAP：Ce 可以承受高达 104 戈瑞的伽马剂量。
