[发明专利]一种研究闪烁体能量转换机理的方法

说明书

本发明公开了一种研究闪烁体能量转换机理的方法，采用同步辐射光源实验测定块状单晶闪烁体样品的晶格结构，依据实验数据构建单晶闪烁体样品的计算模型，基于密度泛函理论计算出的所述块状单晶闪烁体样品的能带结构、电子密度、宇称等与光谱数据(吸收谱，激发谱，发射谱)相联系的方式，采用严密的逻辑分析对所述块状单晶闪烁体样品的发光机理可视化。本发明利用CsI(Tl)块状单晶闪烁体样品为例进行了理论计算与分析，验证了方法的可靠性。

技术领域

本发明涉及核辐射探测器的核心部件闪烁体领域，一种研究闪烁体能量转换机理的方法是基于密度泛函理论与光谱分析相结合的方式研究射线与闪烁体相互作用后核外电子实际的物理行为以及闪烁体真实的发光动力学机制的方法。

背景技术

在放射性测量中，能足够准确地获取各种射线的能量信息、时间信息和强度信息极为重要。这就要求核辐射探测器具有良好的时间分辨、能量分辨和探测效率。随着核辐射探测器在高能物理及核物理、天体物理、医学物理的众多领域的广泛应用，对性能更加优越的闪烁体的需求也越来越迫切。因此对射线在闪烁体中发生具体物理行为的了解程度至关重要。

以往获取射线的较为准确的数据依赖于实验仪器及外部环境的调试，本方法采用研究发光动力学机制的方法校准测量方式，适用于不同领域的闪烁体探测器预测新型闪烁体以及通过掺杂改性等方式对已知种类的闪烁体进行改良，从而使核辐射探测器获取更加准确的时间信息、能量信息以及强度信息。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以研究射线与闪烁体相互作用后核外电子实际的物理行为以及闪烁体真实的发光动力学机制的方法。所采用的实验样品为块状单晶闪烁体样品以及从块状单晶闪烁体样品上磨取的块状单晶闪烁体的粉末样品，所采用的计算模型为所述块状单晶闪烁体体系实际的晶格结构构建所述块状单晶闪烁体样品的计算模型的几何优化模型。

本发明采用密度泛函理论与光谱分析相结合的方式，具体步骤如下：

步骤一、所述从块状单晶闪烁体样品上磨取的块状单晶闪烁体的粉末样品用同步辐射X射线测得X射线吸收精细结构谱；

步骤二、进一步地，从所得到的用同步辐射X射线测得X射线吸收精细结构谱中提取所述块状单晶闪烁体样品的实际晶胞参数，元素排布信息，从而得到所述块状单晶闪烁体体系实际的晶格结构；

步骤三、进一步地，根据所述块状单晶闪烁体体系实际的晶格结构构建所述块状单晶闪烁体样品的计算模型；

步骤四、进一步地，采用第一性原理对所构建的所述块状单晶闪烁体样品的计算模型进行几何优化得到所述块状单晶闪烁体样品的几何优化模型；

步骤五、进一步地，运用密度泛函理论对所述块状单晶闪烁体样品的几何优化模型计算所述块状单晶闪烁体样品的能带结构，态密度，电子密度，波函数宇称，发射谱数据；

步骤六、采用200nm-1100nm能量范围的X射线(或γ射线)或者近紫外光源、红外光源作为激发光源测量所述块状单晶闪烁体样品的吸收谱，激发谱，发射谱；

步骤七、进一步地，选取所述块状单晶闪烁体样品的发射谱中出现的峰值波长测量所述块状单晶闪烁体样品的衰减时间谱；

步骤八、进一步地，从所述块状单晶闪烁体样品的能带结构的数据中提取与所述块状单晶闪烁体样品的吸收谱、激发谱、发射谱各个峰位能量相对应的能量差△E；

步骤九、进一步地，根据所述块状单晶闪烁体样品的电子密度分析出所述块状单晶闪烁体样品的电子的空间几何排布并推测所述块状单晶闪烁体样品中闪烁光子发射的能量来源；

步骤十、进一步地，分析所述块状单晶闪烁体样品的波函数宇称，依据跃迁选择定则排除不能发生跃迁的布里渊区高对称点所对应的能级，最终确定所述块状单晶闪烁体样品中电子的跃迁路径。