氟化鋰晶體現(xiàn)在實現(xiàn)可以用來記錄核粒子的軌跡，波蘭科學(xué)院核物理研究所的物理學(xué)家最新證明，這些晶體也是探測元素高能離子軌跡的理想材料，即使像鐵一樣重的粒子。當(dāng)核粒子進(jìn)入晶體時，粒子與晶體網(wǎng)絡(luò)中的原子或分子相互作用。

在某些晶體中，在適當(dāng)?shù)臈l件下，由此產(chǎn)生的缺陷可能是弱發(fā)光來源。波蘭科學(xué)院核物理研究所(IFJ PAN)，多年來一直在對顯示這種性質(zhì)的材料進(jìn)行研究，其中之一是氟化鋰LiF，氟化鋰晶體現(xiàn)在可以用來探測低能量粒子，如α粒子(氦核)。

在發(fā)表在《Journal of Luminescence》期刊上的研究中，物理學(xué)家們表明，氟化鋰的應(yīng)用領(lǐng)域也延伸到了探測具有重要能量的粒子，甚至包括鐵（Fe）等重元素的離子，完全剝離了電子。氟化鋰軌跡探測器只是簡單的晶體，不同于監(jiān)測顆粒近實時軌跡的檢測設(shè)備，它們是被動的探測器。換句話說，就像照相膠片一樣工作，一旦晶體暴露在輻射中，需要使用熒光顯微鏡來找出記錄了什么軌跡，熒光核徑跡探測器已經(jīng)為人所知大約十年了。但到目前為止，還僅由適當(dāng)摻雜的Al2O3氧化鋁晶體制成，在輻射的影響下，形成永久的顏色中心。

當(dāng)這些中心被適當(dāng)波長的光激發(fā)時，會發(fā)出光子（能量較低），這使得在顯微鏡下看到粒子的軌跡成為可能。在氟化鋰的情況下，激發(fā)是用藍(lán)光進(jìn)行，光子的發(fā)射發(fā)生在紅光范圍內(nèi)。摻雜氧化鋁的探測器需要一臺帶有激光束和掃描的昂貴共焦顯微鏡，而使用便宜得多的標(biāo)準(zhǔn)熒光顯微鏡可以看到氟化鋰晶體中的軌跡，記錄在晶體中的軌跡非常準(zhǔn)確地再現(xiàn)了粒子路徑。其他探測器，如著名的威爾遜室，通常會加寬軌道，在氟化鋰晶體的情況下，分辨率僅受衍射極限的限制。

雖然不可能近實時地觀察粒子的軌跡很難稱之為優(yōu)勢，但它并不總是缺點。例如，在個體劑量測量中，需要探測器來確定用戶所暴露的輻射劑量，這些設(shè)備必須小并且易于使用，而毫米尺寸的結(jié)晶氟化鋰極板完美地滿足了這一要求。這就是為什么在波蘭科學(xué)院核物理研究所中用Czochralski方法生長的這些晶體，現(xiàn)在可以在國際空間站歐洲哥倫布模塊以及許多其他類型被動探測器中找到的原因之一。在Dosis 3-D實驗中，每六個月更換一次，這些探測器使確定空間站內(nèi)輻射劑量的空間分布及其隨時間的變化成為可能。

在新研究中，氟化鋰結(jié)晶板暴露在高能離子中，輻射是在HIMAC加速器中進(jìn)行。在用不同的離子束轟擊過程中，粒子能量在4He氦離子情況下為150兆電子伏特/核子，在鐵離子情況下為500 MeV/核子。探測器還用碳離子，氖和硅束輻照。在垂直于離子束放置的水晶板中，顯微鏡的光學(xué)分辨率邊界上實際觀察到了點光源，這些是高能離子穿透晶體的地方。作為測試的一部分，一些氟化鋰結(jié)晶平板也被放置在平行于光束的位置。記錄軌跡的概率當(dāng)時較低，但當(dāng)它確實發(fā)生時，粒子軌跡的一長段被“印記”在晶體中。

所進(jìn)行的測試證實了氟化鋰軌跡探測器，是記錄高能重離子通過的理想選擇。此外，似乎這些并不是氟化鋰晶體的唯一可能，內(nèi)部的每一個原子都是鋰，與中子的相互作用很好。氟化鋰探測器，特別是那些富含鋰同位素的探測器，可能會非常有效地記錄下低能量中子，而且有很多跡象表明，也有更高能量的中子。如果未來的研究證實了這一假設(shè)，就有可能建造個人的中子劑量計。氟化鋰晶體的小尺寸也將能運用到有趣的技術(shù)中，這在當(dāng)今技術(shù)上是無法獲得的。

博科園｜研究/來自：波蘭科學(xué)院核物理研究所

參考期刊《Journal of Luminescence》

DOI: 10.1016/j.jlumin.2019.05.007

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