一种CsBr:Eu热释光探测器及其晶体生长方法

本发明属于光电功能晶体材料制备，具体涉及一种csbr:eu热释光探测器及其晶体生长方法。

背景技术：

1、热释光探测器（thermoluminescence dosimeters, tld）在核辐射监测、个人剂量学及医学放射治疗等领域具有重要应用价值。近年来，碱卤化物材料因其较高的有效原子序数、较低的声子能量及优良的光学性能，成为新型热释光材料的重要研究方向，应用于发光二极管、电致发光、生物医学成像、x射线检测等领域。在众多碱卤化物（如nacl、kcl、rbbr等）中，csbr可显著提升对x射线等电离辐射的吸收效率、减少非辐射跃迁损失。然而，未经掺杂的csbr自身缺陷有限，难以形成足够的陷阱能级以有效存储辐射剂量信息。引入合适的稀土或过渡金属激活离子来调控材料的陷阱结构与发光中心，是提升其热释光性能的有效策略。其中eu2+已广泛用于白光led照明、背光显示、植物照明，生物医学检测等。eu2+的离子半径和csbr具有良好的匹配性，eu2+可与晶格中因电荷补偿形成的cs空位等缺陷形成稳定的陷阱中心，能有效捕获辐射诱导的载流子；同时，eu2+的5d–4f跃迁提供高效的蓝光发射中心，便于光学或热释光读出。实验证实，eu2+掺杂csbr在x射线辐照后，同时具备热释光（tsl）与光释光（osl）双重存储磷光体特性。

2、现有技术中针对eu2+掺杂csbr的研究多在osl领域，对tsl行为的系统研究较少。对掺eu2+的研究中，常见的制备方法有：冷却卤化氢溶液法、逆温度结晶（itc）、反溶剂气相辅助结晶（avc）、外延生长和bridgman法。然而，上述方法均无法生长出大尺寸、高纯度、缺陷少、组织均匀、结构完整的csbr:eu单晶。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种csbr:eu热释光剂量探测材料以及制备方法，采用该方法生长出的csbr:eu晶体尺寸大、纯度高、缺陷少、组分均匀，适用于大批量生产。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，所述方法采用垂直布里奇曼法生长csbr:eu单晶，具体包括以下步骤：

4、s1、将csbr原料与eubr2掺杂剂按设定的比例配制，eu的掺杂浓度控制在0.01mol%–1.0mol%范围内；将两者充分混合研磨后装入石英坩埚，真空封装；

5、s2、将封装后的石英坩埚置于垂直布里奇曼炉内，炉体由上至下依次为高温区、梯度区和低温区，抽取真空；

6、s3、设置所述高温区的温度高于csbr:eu晶体的熔点，以将所述坩埚内的原料全部熔化，形成均匀熔体；设置所述低温区的温度低于csbr:eu晶体的熔点；设置所述梯度区的轴向温度梯度为所需梯度值；

7、s4、驱动所述石英坩埚以设定的恒定速率缓慢下降，使所述石英坩埚自上而下依次通过所述高温区、梯度区和低温区，使得熔体在所述梯度区内从所述坩埚底部开始形核，并在一个稳定的固-液界面上逐渐完成单晶生长；

8、s5、待晶体生长完成后，在设定的温度条件下进行退火处理，以消除内应力，从而得到所述csbr:eu单晶。

9、进一步，如上所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，步骤s1中所述csbr原料纯度不低于99.5%，所述eubr2掺杂剂纯度不低于99.9%。

10、进一步，如上所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，步骤s1中所述eu的掺杂浓度为0.6mol%。

11、进一步，如上所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，步骤s1中在10-5pa真空条件下封装。

12、进一步，如上所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，步骤s3中设置所述高温区的温度为680-650℃，所述梯度区的温度为650-620℃，所述低温区的温度为620-580℃。

13、进一步，如上所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，步骤s3中设置所述梯度区的轴向温度梯度为8℃/cm~12℃/cm。

14、进一步，如上所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，步骤s4中所述坩埚的下降速率为设定为4mm/h~6mm/h。

15、进一步，如上所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，步骤s5中退火处理的温度为520℃~540℃。

16、进一步，如上所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，步骤s5之后还包括：对所述csbr:eu单晶进行机械切割与研磨处理，制备为粉末样品，以满足后续热释光测试要求。

17、本发明采用的另一技术方案如下：

18、一种csbr:eu热释光剂量探测器，采用基于如上所述任一项所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法制得。

19、与现有技术相比，本发明提供的csbr:eu热释光探测器及其晶体生长方法，具有以下有益效果：

20、本发明采用三温区垂直布里奇曼法成功生长eu掺杂浓度为0.01 mol%~1mol%的csbr单晶，制备粉末样品后并对其结构及热释光剂量响应特性进行了系统表征和测试。结果表明，掺杂浓度为0.6 mol%的csbr材料具有更佳发光性能，样品为高结晶度纯立方相结构（pm-3m），eu2+发光中心均匀分布，发射峰位于约438 nm，荧光寿命约680 ns；热释光实验显示主辉光峰位于约185℃，占总发光积分的80%以上；在0–12 gy剂量范围内，热释光信号与辐照剂量呈良好线性关系（r2>0.92），且具有良好的重复性和较低衰减。上述结果充分证明掺杂浓度为0.6 mol%的csbr单晶是制作热释光探测器的优异材料，尤其适用于环境辐射监测、个人量学及核设施防护领域。

21、总之，采用本发明提供的三温区垂直布里奇曼法可生长出高质量csbr:eu单晶，晶体尺寸大、纯度高、缺陷少、组分均匀，适用于大批量生产。

1.一种csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，其特征在于，所述方法采用垂直布里奇曼法生长csbr:eu单晶，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，其特征在于，步骤s1中所述csbr原料纯度不低于99.5%，所述eubr2掺杂剂纯度不低于99.9%。

3.根据权利要求2所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，其特征在于，步骤s1中所述eu的掺杂浓度为0.6mol%。

4.根据权利要求3所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，其特征在于，步骤s1中在10-5pa真空条件下封装。

5.根据权利要求4所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，其特征在于，步骤s5中退火处理的温度为520℃~540℃。

6.根据权利要求1所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法，其特征在于，步骤s5之后还包括：对所述csbr:eu单晶进行机械切割与研磨处理，制备为粉末样品，以满足后续热释光测试要求。

7.一种csbr:eu热释光剂量探测器，其特征在于，采用基于权利要求1-6任一项所述的csbr:eu热释光探测器晶体生长方法制得。