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1、闪烁晶体市场概况闪烁体是指在高能粒子或射线（如X射线、丫射线等）的作用下能够发出脉冲 光的物体。它是光电功能材料，被广泛用于高能物理、核物理、空间物理、核医 学、地质勘探、安全检查以及国防工业等领域。 闪烁体在地球物理探矿中有广泛 应用，一般通过60Co发出丫射线，通过另一地方接收到的信号就可以分析矿床 情况；在石油勘探方面闪烁体发挥着重要作用； 在医学领域，利用丫射线制成手 术刀，监测丫射线的也是闪烁体；在焊接大型高压容器，宇航设备等无损探伤方 面闪烁体也都起着关键作用；在机场安全检查以及货运集装箱的检查中广泛采用 闪烁体作为探测器。下图给出了闪烁晶体的产业链及其应用领域。闪烁晶体生长技术幅
2、射影像成像探头制作技术X光摄影仪影像检测医疗器材：如全身正子摄影仪、单光子摄影仪、加马摄影仪、医药研究：临床前动物实验摄影仪，如micro-PET、micro-SPECT、micro-CT农业生技：水果虫害检测、农作物营养吸收与成长等非破坏性检测工业检测：核能与太阳能等能源工业元件非破坏性检测安全检测：机场、海关安全检查，货柜安全检查辐射防护：上述应用区域皆需辐射防护设备，环境监控仪器图2 LSO:Ce闪烁晶体图片二、行业基本状况及趋势目前，闪烁晶体的发展正处于一个新的上升时期。近年来，在高能物理和空 问研究、医学成像以及迅猛发展的工业检测和安全检察等众多高技术装备中正在 愈来愈多地出现闪烁晶
3、体的身影，闪烁晶体与人们愈走愈近。国际上，从事闪烁晶体的开发工作的单位很多，如俄罗斯的 BTCP,乌克兰 的 Amcrys-H,法国 Crismatec,德国的 Korth, Molecular Technology,美国的 Bicron, Optovac, Rexon 和 CTI,英国的 Hilger-Crystals,日本的 Ohyo Koken Koyo 和 Shin-EtsuChemical,捷克的Crytur,中国的SIC（上海硅酸盐所）和BGRI（北京玻璃 研究院）等。目前，从生产规模上看俄罗斯BTCP和中国上海硅酸盐所处于领先水平。国内从事闪烁晶体生长和性能研究的单位也很多，但具
4、有批量生产能力的单位却为数不多。近十年来，北京玻璃研究院与上海硅酸盐所联合或各自独立地参 与了多项国际高能物理工程，确立了中国在国际闪烁晶体领域的重要地位，并树立了良好的国际形象。目前大批量生产的多数大尺寸闪烁晶体都是从熔体中生长的， 采用的方法有 Czochralski法（晶体提拉法）和Bridgnian-Stockbarger（土甘竭下降法）。国外主要采用 第一种方法，而且主要靠提拉大截面晶体毛坯的办法降低生产成本。 国内的批量 生产则主要采用下降法，包括真空石墨培竭下降法和大气柏培竭下降法， 前者主 要用于生长卤化物晶体，后者主要用于生长氧化物晶体。 其中，大气柏地竭下降 法更具特点，一
5、台炉子可一次生长多根甚至数十根晶体，产量高、成本低，具有 产业化优势。由于研制、开发、应用时间上的差别以及自身性能、价格等因素的 不同，各种闪烁晶体的产业化开发程度不尽相同。1、NaI:Tl 晶体因发现早、使用面广，所以生产单位较多，产量较大，而且多数生产单位直 接将其做成器件。乌克兰的 Amcrys-H公司可提拉生长尺寸达（4 50x70cm3,重达 500Kg的NaI:Tl晶体毛坯。2、BGO晶体BGO晶体是一种多功能晶体。作为闪烁晶体，在很多应用领域，如高能物 理、核医学成像等，它已取代了或部分取代了NaI:Tl, CsI:Tl晶体。由上海硅酸盐所提供全部晶体（共11,380根）建造的L
6、3装置，是目前高能物理研究中使用 BGO晶体最多的装置。由于价格低廉的新型闪烁晶体 PWO的成功开发以及CSI: TI辐照硬度的提 高，最大量使用BGO晶体的领域已从高能物理逐渐转向了核医学成像。目前， BGO晶体已成为PET首选闪烁晶体。美国GE公司已经向上海硅酸盐所订购了 价值3000多万美元的BGO晶体，用于制作PET机。3、CSI:TI 晶体20世纪80年代，人们就注意到了 CSI: TI晶体的优点：发射光谱可与体积 比光电倍增管小的硅光二极管匹配，辐照长度较NaI:Tl晶体短以及较弱的吸湿性等。近几年来，该晶体由于抗辐照能力得到提高而倍受青睐，被先后用于CESR 的 CLEO 11,
7、 LEAR 的 C. Barrel, SLAC 的 BaBar, KEK 的 BELLE 等探测器中， 数量近4万根，约5吨多重。我国的北京正负电子对撞机（BEPC）即将进行升级 改造，也已选用了 CsI:Tl晶体，所需数量约8000根，重约3吨。4、BaF2晶体自1982年BaF2晶体的快发光分量被发现以后，国际高能物理界联合有关品 体生长单位进行了大规模的研究，并在不久以后被确定为超级超导对撞机（SSC）用闪烁晶体（总数达16,200根）。值得一提的是，在此期间，北京玻璃研究院采用真空石墨地竭下降法生长的BaF2样品被SSC工程晶体专家组评议为“世界上最 好的，晶体性能达到了 SSC的质量
8、要求”。进一步扩大了中国在国际闪烁晶体以及高能物理领域中的影响，并先后为美国的Caltech, LBNL 和 LANL ，德国的Giessen大学，荷兰以及印度等，提供了大量特大尺寸的BaF2晶体。5、 PWO 晶体目前， PWO 晶体主要局限于高能物理领域，但需求数量很大，总重量约16吨。如欧洲核子研究中心（CERN）正在建造的LHC装置，将使用10多万根PWO 晶体。另外，美国的费米实验室（FNAL ）也计划选用PWO晶体建造BTeV装置， 使用数量约24,000根。国际上，与CERN 和 FNAL 合作开发PWO 晶体主要有三家，即俄罗斯的BTCP、中国的SIC和BGRI,三家都已得到了
9、高质量的大尺 寸晶体。一些学者正在研究对PWO 晶体进行各种掺质实验，目的是大幅度提高其光产额，为PWO 寻求新的用途。三、市场需求分析1、石油工业的发展带动了无机闪烁晶体需求的快速增长石油工业的发展带动了无机闪烁晶体需求的快速增长。图 3 给出了国际机构对 2005 年至 2010 年的全球经济发展速度、石油产量、石油消费量和无机闪烁晶体市场增幅的预测。从预计结构上看，世界石油消费增长速度会略高于产量增长。从资源角度看，20 年内世界石油供需会大致保持平衡，但此后供需关系将趋于紧张，原油的勘探、开采会呈快速上升趋势。同时，由于目前无机闪烁晶体存在供需缺口（即供应不足）和牛鞭效应放大作用的影响
10、，无机闪烁晶体市场将以 2.8%的增速快速增长。图3 2005-2010年无机闪烁晶体市场2、其他领域的广泛应用也带动了无机闪烁晶体需求的快速增长近年来，在高能物理和空间研究、医学成像以及迅猛发展的工业检测和安全 检查等众多高技术装备中正在愈来愈多地应用到闪烁晶体，该材料对于普通人越 来越不陌生，需求量快速增长。图4和图5给出了闪烁晶体在PET/CT医学影像 检测中的应用市场变化趋势。World Medical Market for PET Systems Unit Sales图4 2007-2011年PET市场变化趋势PET/CT Market Forecast by New Unit Sh
11、ipment图5 2007-2011年PET/CT市场变化趋势四、闪烁晶体的产业化开发展望1、高能物理用闪烁晶体由于高能物理实验的前沿之一将是研究更高能量（TeV级甚至更高）的辐射，装置很大，需要晶体数量很多，因而要求闪烁晶体不仅具有高密度A （ >37g/cm卜快发减（1550ns刖局抗辐照（1TeV）等特性外，而且价格低廉，对光广 额要求相对较低。对这类闪烁晶体的研究和开发难度很大，特别具有挑战性。主 要的任务有：1、研制新的高密度、快衰减闪烁晶体，有两条途径。其一是， 寻找新的高密度且适于 Ce3+掺入的较低熔点（如<1300C）单晶基质材料，如含稀 土的鸨酸盐类；其二是，根
12、据交叉发光机理 （Cross Luminesecence）寻找新的低 芯带材料，可从高密度氟化物中筛选。2、对高密度的Cherenkov晶体材料进行 改性，使其成为闪烁晶体，如PbF2, NaBi（WO4）2等晶体。3、优化已发现的掺Ce3+ 高密度晶体的性能。从文献报道来看，有价值的材料主要集中在掺 Ce3+的稀土硅 （铝）酸盐,如 GSO:Ce LuAP:Ce、LSO:Ce 以及 Lux（RE）1-xAP:Ce 等。4、设法降 低高熔点全稀土闪烁晶体的生长成本，如改进生长工艺参数提高单产量和合格 率，进行技术革新降低生产成本。2、核医学成像用闪烁晶体需要进一步提高现有闪烁晶体的质量，大幅度降低生产成本。如目前 PET首选的闪烁晶体-BGO昂贵的价格是使PET的价格（上百万美元）居高不下的因素之一。同时，为进一步提高空间分辨率，有必要提高BGO 的光学质量，消除当中的微小散射颗粒。3、工业CT 用闪烁晶体进一步提高批量生产的CWO 晶体的宏观完整性，解决个体间性能差异较大的问题。对于高光产额且不易开裂的闪烁晶体，如CsI:TI 晶体，则需要开发大截面(>15X 15cm2)且具有较好均匀性的晶体，用于制作大平面CT或CCD相机。