ZnO晶体在辐射探测领域的应用现状及潜力#严俊1，张清民1，张景文2，张家文3，孟鹂2**510152025303540（1.西安交通大学能源与动力工程学院核科学与技术系，西安710049；2.西安交通大学电信学院，西安710049；3.核探测与核电子学国家重点实验室，北京100049）摘要：ZnO晶体是一种宽禁带半导体材料,具有强的抗辐照特性。掺杂对ZnO晶体的光输出和光衰减时间改善很大，当掺杂Ga后，其光衰减时间可达0.4ns，光产额可达15000光子/MeV，因此作为闪烁体探测器的闪烁体,可以用来测量γ、X射线、中子、重带电粒子、轻带电粒子等。因为掺杂后的无机闪烁体ZnO在时间方面比其他闪烁体更快，所以它将在超快时间测量方面有着非常广阔的应用前景,特别是在同步辐射领域。关键词：核探测技术与核电子学；核辐射探测；ZnO晶体；快时间分辨；闪烁体：TL816TheapplicationstatusandpotentialoftheZnOcrystalsinradiationdetectionYANJun1,ZHANGQingmin1,ZHANG激ngwen2,ZHANG激awen3,MengLi2(1.DepartmentofNuclearScienceandTechnology,SchoolofEnergyandPowerEngineering,Xi'an激aotongUniversity,Xi’an710049;2.SchoolofElectronicandInformationEngineering,Xi'an激aotongUniversity,Xi’an710049;3.StateKeyLaboratoryofPDetectionandElectronics,Bei激ng100049)Abstract:ZnOcrystalisatypeofwideband-gapsemiconductormaterialswithstronganti-irradiationproperties.DopinghasimprovedforZnOcrystalonlightoutputanddecaytime.WhenGaisdoped,ithasshortdecaytimelowto0.4nsandexcellentscintillationperformancewithlightyieldupto15000photon/MeV..Accordinglyitisusedasthescintillatorofscintillationdetectorstomeasuregamma,X-ray,neutron,heavychargedps,lightchargedpsandsoon.DuetoInorganicscintillatorZnOdopedhasafastertimethantheotherscintillator,itwillhaveaverybroadapplicationprospectsinultrafasttimemeasurement,especiallyinthefieldofsynchrotronradiation.Keywords:nucleardetectiontechnologyandnuclearelectronics；radiationdetection；ZnOcrystals；fasttime-resolved；scintillators0引言探测器主要有气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器等，从时间分辨率来看，闪烁体探测器优于其他探测器。近些年来，随着高能物理、核物理、空间物理和核医学的迅速发展，闪烁体在基础研究和应用研究方面起着越来越重要的作用。这些领域对高质量、高性能(高的发光产额、快的衰减时间)的闪烁晶体的需求越来越高，特别是当前国际上规划的大型正负电子对撞机工程、高级医疗设备(如伽马射线照相机、X射线层面照相术、正电子发射照相技术(PET))和同步辐射领域。以在科研研究领域极其重要的同步辐射光源基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助(xjj2013082)；核探测与核电子学国家重点实验室开放课题基金资助项目(H9294207TD)；高等学校博士学科点专项科研基金新教师类资助课题（20120201120061）作者简介：严俊（1986-11），男，硕士研究生，核辐射探测通信联系人：张清民（1981-07），男，副教授，核技术及应用.zhangqingmin@mail.xjtu.edu-1-为例：同步辐射光是一种具有时间结构的快脉冲光源(脉宽为30-700ps)，以其高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优点在生物学、医学等研究上起着重要的平台作用。同步辐射上X射线的探测不仅要求有较高的探测效率和能量分辨率，而且还需要更高的455055时间分辨率[1-5]。目前常用闪烁体有无机晶体闪烁体、有机晶体闪烁体、塑料闪烁体和液体闪烁体等[6]。一般无机晶体闪烁体光产额比有机晶体闪烁体和塑料闪烁体高，闪烁衰减时间长，有机晶体闪烁体和塑料闪烁体只有几纳秒，而一般无机晶体闪烁体却有几十甚至几百纳秒，但是在无机晶体闪烁体中也有闪烁衰减时间比较短的，如ZnO(Ga)晶体闪烁衰减时间为0.4ns[7]，分辨时间可达44ps，光产额可达15000光子/MeV[8]，并且不潮解，可以作为快时间分辨探测器的闪烁体。快时间分辨的同步辐射探测器时间性能受制于两个因素：1)闪烁体的发光时间性能；2)光电放大器(PMT或APD)的时间性能。无机...