1.1.1.1 Ce:YAG闪烁晶体的研究概况钇铝石榴石(Y3Al5O12或YAG)单晶体是优良的激光基质材料以及光学衬底材料，其中Nd:YAG和Yb:YAG激光晶体已经获得广泛应用。Ce:YAG晶体作为闪烁材料引起人们的注意则是在1992年[81]。Moszynski[82]和Ludziejewski[83]等人分别于1994年和1997年对Ce:YAG晶体的闪烁性能进行了较为系统的研究，并指出Ce:YAG晶体具有优良的闪烁性能。Ce:YAG具有快衰减（80ns）以及在530nm发射荧光，发光波长与硅光电二极管的探测灵敏区匹配，使得它可以应用于中低能量γ射线α粒子的探测等领域[33]。目前，Ce:YAG高温闪烁晶体业已商品化，主要用于扫描电镜（SEM）的显示部件，其生长方法主要为提拉法和温梯法。由温梯法生长大尺寸Ce:YAG晶体，并通过改进后期退火工艺，有望获得大尺寸高性能的Ce:YAG晶体。青海加工CeYAG晶体
国内目前生长的Ce:YAP晶体长期存在自吸收问题，导致光产额一直无法有效提高。因此解决自吸收问题，生长大尺寸的Ce:YAP晶体对闪烁材料的研究和应用具有重要意义。由于温梯法在生长大尺寸晶体上存在优势，由温梯法生长大尺寸Ce:YAG晶体，并通过改进后期退火工艺，有望获得大尺寸高性能的Ce:YAG晶体。围绕大尺寸Ce:YAP晶体的提拉法生长及其自吸收问题，以及大尺寸Ce:YAG晶体的温梯法生长和退火研究，本论文主要开展了以下几项工作：***，通过改进晶体生长炉的功率控制系统和重量传感系统，把晶体放肩程序从30段增加到300段，提高了控制精度；重新设计了坩埚和保温罩，并对温场工艺进行了适当调整，解决了晶体外形无法得到有效控制等问题，成功生长出尺寸为Φ55mm×180mm的大尺寸Ce:YAP晶体，且晶体等径部分的直径变化小于1mm。江苏高科技CeYAG晶体Ce: YAP和Ce: YAG是较为典型的两种高光输出快衰减高温无机闪烁晶体，其本身已经在很多场合获得应用.
Ce:YAP晶体中Ce3离子5d4f跃迁对应的荧光光谱为330 ~ 400nm之间的一个带，其峰值约为365 ~ 370nm。Ce3的光致发光强度以单指数形式衰减，其衰减常数在室温下约为16 ns[73]。高能射线和粒子激发产生的闪烁光衰减常数远大于16ns，一般在22-38 ns之间，也有慢成分和强背景[8][70]，如图1-5 [8]。这主要是由于Ce3离子中心电荷载流子的延迟复合。此外，Ce:YAP晶体的吸收光谱和荧光光谱受不同的生长方法和不同的后热处理工艺的影响很大。这主要是由于不同性质的色心的存在和ce离子的价态(Ce4对Ce3有猝灭作用[59])。因此，不同生长方法得到的Ce:YAP晶体的闪烁特性会有所不同。Baryshevsky等人【72】研究了直拉法和真空水平区熔法生长的YAP和Ce:YAP晶体的光谱特性，提出了这两种方法中的色心模型真空气氛中生长的晶体的色心是电子俘获色心，即F(VO 2e)和F (VO e)。直拉法的色心类型主要是空穴俘获色心，即Vc2-(Vc h)和Vc-(Vc 2h)，出现在(f -VC-)的构型中，如下图所示。下图所示光子频率为 1=277 nm， 2=410 nm， 3=602 nm， 4=666 nm， 5=520 nm， 6=615 nm， 7=333 nm。
根据出现的顺序，无机闪烁晶体的闪烁机制可分为以下五个阶段：
1.电离辐射的吸收和初级电子和空穴的产生；
2.一次电子和空穴的弛豫，即产生大量的二次电子、空穴、光子、激子等电子激发；
3.低能二次电子和空穴的弛豫(热化)，即形成能约为能隙宽度Eg的热化电子-空穴对；
4.电子和空穴向发光中心的热传递和发光中心的激发；
5.激发态的发光中心发出紫外或可见荧光，即闪烁光。
为了研究方便，人们往往将上述五个闪烁步骤分为两部分：(1)电子-空穴对的产生(**个阶段)和(2)发光中心的激发和发射(后两个阶段)。
无机闪烁晶体的一个重要发展方向，而Ce:YAG是其中较有优势的晶体。
1.1.1.1Ce:YAG晶体存在的主要问题除了熔点温度高（1970oC）外，Ce:YAG晶体中存在的主要缺点是Ce离子在晶体中的分布不均匀，主要是由于Ce3+(0.118nm)和Y3+(0.106nm)离子的半径相差较大，其分凝系数较小（~0.1）造成的。发光中心分布在晶体中分布不均匀将会导致探测元件闪烁性能的差异，在一定程度上降低了闪烁探测器的整机性能。研究表明[101]，Ce:YAG晶体的闪烁性能对Ce3+离子浓度有较强的依赖关系。下列图表分别表示了Ce:YAG闪烁晶体的光输出和衰减常数(快成分与慢成分)随Ce离子的浓度的变化关系。从表1-12中可以看出随着浓度的增加（0.012%-0.21%），Ce:YAG晶体的光输出增大（1000－1420phe/Mev），当浓度继续增加到1.08%时，其光输出又减小为1270phe/Mev。（表中所列光输出是通过比较661.6Kev能量γ射线（137Cs）全能峰的位置与单光电子峰位置获得的，采用XP2020Q光电倍增管记录[101]）。Ce:YAG闪烁晶体在小于500Kev能量范围其γ响应小，光衰减快，不潮解。加工CeYAG晶体供应商家
Ce:YAG晶体具有优良的闪烁性能。青海加工CeYAG晶体
Ce:YAP和Ce:YAG高温闪烁晶体的研究铈离子掺杂的铝酸钇（Ce:YAlO3或Ce:YAP）和钇铝石榴石（Ce:Y3Al5O12或Ce:YAG）高温闪烁晶体不仅具有高光输出和快衰减的闪烁特性（见表1－9），而且YAP和YAG基质晶体还具有优良的物理化学特性（基本物理化学特性见表1-10）。它们的缺点是密度低有效原子序数小，但是它们可以广泛应用在中低能量射线和粒子探测领域中[45][49]。Ce:YAP和Ce:YAG是较为典型的两种高光输出快衰减高温无机闪烁晶体，对它们的生长特征、晶体缺陷以及光学闪烁性能等的研究，对研究和探索其它铈离子掺杂的高温闪烁晶体具有重要借鉴意义青海加工CeYAG晶体
