《表3 PWO (50 Ge V) 、BGO和BSO (180 Ge V) 晶体的双读出性能[1, 10-12]》

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《硅酸铋——一种快计时重闪烁新型多功能晶体材料》

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目前，国际大科学工程方兴未艾，日本Spring-8/LEPS核物理项目已把BSO晶体作为下一代高能粒子探测器的候选材料，期望用低成本、快闪烁的BSO晶体取代传统的BGO晶体。最近，美国、欧洲一些高能物理项目也开始关注BSO晶体，尤其是欧洲核子中心（CERN）和美国德克萨斯科技大学等正在研究把BSO晶体应用于双读出量能器（图13和图14）[1，5-9，10-12]。双读出量能器是一种全新设计的高能粒子探测装置，它能同时测量到Cherenkov光和闪烁光，因而能更全面地获得高能粒子的信息[1]。目前，双读出量能器的最佳设计思路是采用同种闪烁晶体有效分离Cherenkov光和闪烁光。该设计理念可以消除取样涨落、提高量能器的分辨率。因此，双读出量能器对激活介质提出了更高的要求:一方面，基于Cherenkov辐射体的电磁量能器要求激发的光信号必须足够纯；另一方面，基于闪烁体激活介质的电磁量能器要求闪烁光信号越来越强。要达到双读出量能器要求，必须考虑两种光信号强度的可测量性和有效分离[1]。目前最适宜双读出量能器设计的晶体有BSO、PWO、BGO、PbF2和PbFCl五种，其中PWO晶体的光输出为BSO晶体的1/5，这一弊端严重影响了它的应用；而尽管BSO晶体的光输出低于BGO晶体，但是其低廉的价格和抗辐射能力是BGO晶体无法比拟的，更为关键的是BSO晶体短的紫外吸收边更有利于Cherenkov光和闪烁光的分离，其在双读出量能器方面的应用指标远优于PWO和BGO晶体。图15为BSO和BGO晶体的时间信号对比，表3为三种晶体双读出性能比较。另外，PbF2晶体微秒级别的衰减时间严重限制了其作为闪烁体在各方面的应用；PbFCl晶体的晶格结构存在较严重的解理面和生长大尺寸晶体极其困难等因素，从而限制了其在双读出方面的应用。正是BSO晶体在双读出性能方面的优良表现和低廉的价格，被确认为下一代晶体探测器的最佳候选晶体之一，成为欧洲核子中心近百立方米的大型均匀强子量能器（HHCAL）概念探测器的最佳候选晶体[3-4，11-12]。