微纳结构CsI(Na)晶体加快辐射发光特性影响机理研究

Na-doped CsI crystal has great density and high luminous efficiency, which is widely used in radiation detection, dark matter searches and other research front fields. But its luminescence decay time has been slowed down that is about 600 nanosecond, which restricted the application of CsI(Na) crystal in rapid detection of transient pulsed radiate field. Recent experimental results show that luminescence decay time response to X radiation of micro/nano structure CsI（Na）crystal is sped up to 10 nanosecond , which offers a new way to fast diagnosis of pulsed radiation field. Enhancement mechanism research on the accelerated radiation luminescence characteristic of micro/nano structure CsI（Na）crystal is a new scientific problem and has never been explored yet. Based on the found new luminescence phenomenon,the main contents of this project are to experimentally and theoretically study on key factors that effect luminescence mechanism of micro/nano CsI（Na）crystal using superfine professional equipment, single photon count experimental platform, pulsed radiation field measurements, and also with the assistance of Monte Carlo simulation and related theoretical methods of analysis,and to explore the technique way to make micro/nano CsI（Na）crystal film material，and to develop the fast pulsed radiation detector. This research will provide guidance for material matching and system integration of radiation detector，promote Cooperative innovation of inter disciplinary field, which is valuable for academic significance and application.

碘化铯掺钠晶体密度大、发光效率高，广泛用于核辐射成像、暗物质探测等前沿领域，但其发光衰减时间为～600ns，限制了该晶体在快脉冲辐射探测方面的应用。实验最新发现，微纳结构CsI（Na）晶体X射线激发下的发光衰减时间加快至～10ns，为脉冲辐射场的快速诊断开辟了新的技术途径。针对微纳结构CsI（Na）晶体加快发光衰减特性影响机理这一跨学科崭新课题，本项目拟从这一新现象入手，通过微纳结构CsI（Na）晶体制备、单光子计数测量、脉冲辐射场测量等实验手段结合蒙特卡洛模拟等理论分析方法，研究影响微纳结构CsI（Na）晶体发光特性的关键因素，探索微纳结构CsI（Na）晶体辐射探测薄膜的制备方法，发展快脉冲辐射探测的新技术，指导辐射探测器的材料匹配和系统集成，推动交叉学科协同创新，具有极为重要的学术意义和应用价值。

碘化铯掺钠晶体密度大、发光效率高，广泛用于核辐射成像、暗物质探测等前沿领域，但其发光衰减时间为～600ns，限制了该晶体在快脉冲辐射探测方面的应用。实验最新发现，微纳结构CsI（Na）晶体X射线激发下的发光衰减时间加快至～10ns，为脉冲辐射场的快速诊断开辟了新的技术途径。本项目主要针对微纳结构CsI（Na）晶体加快发光衰减特性影响机理开展了以下工作。.1、制备了高品质的毫米、微米、纳米量级的CsI（Na）晶体，并对晶体的粒度、并研究了CsI（Na）晶体粒度对晶体发光光谱、发光衰减时间等发光特性的影响。实验结果表明，随着CsI（Na）晶体的晶体粒度的减小，265nm 的CsI（Na）晶体的光致发光效率提高，并且快成分的比例增加。.2、采用实验和蒙特卡洛理论模拟方法，研究了CsI（Na）、NaI（Tl）晶体的封装结构对晶体探测器能量分辨率的影响。研究结果表明，模拟结果与实验结果吻合较好，CsI（Na）、NaI（Tl）晶体探测器的能量分辨率随着高压的增加呈现非线性的变化。.3、采用第一性原理研究了CsI（Na）晶体的表面吸附水分子特性对晶体的能带结构、电子态密度、发光特性的影响。计算结果表明，水分子的吸附使得晶体禁带宽度变窄，并且吸收系数从90000cm-1下降到65000cm-1 是导致晶体吸湿后发光效率降低的主要原因。.针对微纳结构CsI（Na）晶体加快发光衰减特性影响机理这一跨学科崭新课题，本项目拟从这一新现象入手，通过微纳结构CsI（Na）晶体制备、单光子计数测量、脉冲辐射场测量等实验手段结合蒙特卡洛模拟等理论分析方法，研究影响微纳结构CsI（Na）晶体发光特性的关键因素，探索微纳结构CsI（Na）晶体辐射探测薄膜的制备方法，.本项目的研究揭示了影响CsI（Na）晶体发光特性的主要机理，为发展快脉冲辐射探测技术提供了新的技术途径，对指导辐射探测器的材料匹配和系统集成，推动交叉学科协同创新，具有极为重要的学术意义和应用价值。