德国Hellma Materials三溴化铈晶体CeBr?性能特性

一、基本晶体特性

晶体结构：六方晶系，P6?/m 空间群，UCl?型结构，具有不对称六角形晶体结构 (螺旋轴) 和非各向同性热膨胀系数
晶格参数：
a = b = 7.34 ?，c = 4.26 ?，α = β = 90°，γ = 120°
晶胞体积：197.8 ?3
物理特性：
密度：5.18 g/cm3（高于 LaBr?:Ce 的 5.07 g/cm3）
熔点：1056 K（约 783℃）
硬度：莫氏硬度约 3-4，较脆，需小心 handling
吸湿性：强吸湿性，需密封保存（通常封装在铝制外壳中，配备石英窗口）

二、闪烁性能

参数 数值 意义
光输出 60,000 光子 / MeV 高亮度，确保探测灵敏度
能量分辨率 <4.5%@662 keV 区分不同能量 γ 射线
衰减时间 17-20 ns 快速响应，适合高计数率应用
发射波长 370 nm（峰值） 与常见光电倍增管和 SiPM 光谱匹配
探测效率 55%（3 英寸晶体 @662 keV） 高于 NaI (Tl)（51%），接近 LaBr?:Ce（59%）

时间分辨率 ~90 ps@511 keV 优异的时间测量能力，适合符合测量

三、本底辐射与探测灵敏度

极低本底辐射：标准 < 0.025 counts/s/cc，超低碳版本 < 0.005 counts/s/cc
无自活性：不含 La，避免了 LaBr?:Ce 中天然放射性镧元素带来的本底
探测灵敏度：平均比 LaBr?:Ce 高 5 倍，对??K (1461 keV) 探测灵敏度高达 16 倍
与 LaBr?:Ce 对比：
能量分辨率：CeBr?约 4%，LaBr?:Ce 约 3.1%（在 662 keV）
本底计数：CeBr?低约 10 倍，大幅提高信噪比
成本优势：生产工艺更简单，原材料成本低
尺寸能力：Hellma Materials 可生长 3? 英寸 (83mm) 直径晶棒，已制成长 3×4 英寸高性能探测器

四、热学与机械性能

热稳定性：在 - 20℃至 + 50℃范围内性能稳定，但光输出随温度升高略有下降
热膨胀：各向异性，沿 c 轴膨胀系数大于 ab 平面，导致冷却过程中易产生裂纹
辐射耐受性：可承受 1012 质子 /cm2 辐照（>1 Mrad Si 等效剂量），适合太空应用

五、应用领域

核医学成像：
PET/CT 系统中的 γ 射线探测
单光子发射计算机断层扫描 (SPECT)
工业检测：
无损检测 (NDT)：检测材料内部缺陷
石油测井：实时测量钻井过程中的 γ 射线