闪烁晶体可用于X射线、γ射线、中子及其它高能粒子的探测,并且以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在医疗、高能物理、工业检测、卫星探测、工业无损探伤、安全检查等领域得到了广泛应用。从化学成分上划分,无机闪烁晶体材料主要分为氧化物类和卤化物类(碘化物、溴化物、氯化物、氟化物)。其中,卤化物类闪烁晶体由于其较高的光输出,较好的能量分辨率和较小的余晖时间等受到了人们的青睐。然而,卤化物类闪烁晶体通常具有极易潮解的特性,这给晶体的生长和加工带来极大的不便。传统生长卤化物类闪烁晶体的方法是布里奇曼法,它是将原料置于封闭的石英管中并通过设定温度程序来生长晶体,此方法能有效避免晶体在生长过程中发生潮解,且可以实现较大体块晶体的生长。但其缺点是无法定型生长晶体,这会导致晶体在加工应用过程中产生大量损耗,并且复杂的加工程序可能会加重晶体的潮解。因此,如果可以实现定型生长,将有利于推动卤化物闪烁晶体的实际应用。基于对卤化物类晶体定型生长的考虑,导模法引起了我们的关注。该方法不仅可以实现晶体的定型生长,而且具有较快的生长速度。导模法在异形晶体的发展中发挥着重要的作用,已被广泛应用于蓝宝石等传统氧化物晶体的生长。而关于导模法生长卤化物类闪烁晶体的研究较少,相关工作面临诸多困难。首先需要在封闭的装置内实现提拉操作,并且还需要实时观察晶体的生长过程。因而,生长炉、炉内生长装置、温场和模具的设计都是需要克服的重大困难。以闪烁晶体领域的重大需求为牵引,将导模法生长卤化物类闪烁晶体作为博士课题的研究对象,以解决导模法生长装置,探索实验条件和优化晶体质量为目标,开展了相关研究工作。本论文系统研究了CsI-SrI2体系晶体的生长,首次通过导模法生长了 CsSri-xEuxI3(x=0.03,0.05,0.07)晶体、CsSr1-xPrxI3+x(x=0,0.01,0.03,0.05)晶体和CsSrBrI2:5%Eu晶体。此外,在晶体性能方面对其光学性质进行了研究。本论文的主要研究工作内容和结论如下:(一)导模法生长卤化物类闪烁晶体实验装置的设计本论文对卤化物类闪烁晶体的导模法生长进行了详细地探索。设计了晶体生长的实验炉、密封的石英生长装置,并在密封装置内设计了实现提拉操作的部件。通过对生长炉的系统研究,设计了适合晶体生长的温场。以理论计算为基础,设计了生长晶体的模具。通过对实验装置的调试,设计了晶体生长过程中的进气和排气系统。为了提高生长晶体的质量,设计了原料的过滤装置。(二)导模法生长SrI2:Eu晶体的探索及其光学性能研究采用导模法成功生长了一元SrI2:5%Eu晶体,其生长速度为5mm/h,晶体尺寸达到Φ10 mm×100 mm。探索了温场对晶体质量的影响以及获取籽晶的方法,研究了导模法生长此类晶体的实验操作问题。并对晶体的基本光学性质进行了研究,结果表明:Eu2+离子可以均匀的进入SrI2基质晶格中取代Sr2+,且不存在Eu3+。(三)导模法生长CsSrI3:Eu晶体的探索及其光学性能研究为了验证生长装置的通用性,首次采用导模法成功生长了二元CsSr1-xEuxI3(x=0.03,0.05,0.07)晶体,生长速度达到12 mm/h,晶体尺寸分别为Φ10 mm×55 mm(CsSrI3:3%Eu),Φ10 mm×50 mm(CsSrI3:5%Eu)和 Φ10 mm×45 mm(CsSrI3:7%Eu)。重点探索了晶体合成的装置和方法。研究了影响晶体质量的因素,如:温场,原料的过滤,生长速度等。对晶体的光学性质进行了研究,由CsSr1-xEuxI3(x=0.03,0.05,0.07)晶体的荧光性能数据表明,在451-454 nm处观察到Eu2+离子的4f-5d发射带,且当Eu2+离子浓度为7%时,观察到荧光猝灭现象。CsSrI3:3%Eu晶体的荧光衰减时间为1.32μs,CsSrI3:5%Eu晶体为1.35μs,CsSrI3:7%Eu晶体为0.73μs。同时,分析了 CsSrI3晶体的潮解性。(四)导模法生长CsSrI3:Pr晶体的探索及其光学性能研究首次采用导模法生长了 CsSr1-xPrxI3+x(x=0,0.01,0.03,0.05)晶体,生长速度达到 12 mm/h,晶体尺寸分别为Φ10 mm×85 mm(CsSrI3),Φ10 mm×30 mm(CsSrI3:%Pr),Φ10 mm×25 mm(CsSrI3:3%Pr)和 Φ10 mm×25 mm(CsSrI3:5%Pr)。讨论了晶体生长过程中影响其质量的因素,如:籽晶的质量,温场的稳定性等。研究了晶体的光学性质,其荧光数据表明:在442 nm处观察到Pr3+的发射峰。相对于CsSrI3:Eu晶体,CsSrI3:Pr晶体的发射光谱的发射范围明显地向短波长方向移动,并且随着Pr3+离子浓度的增加,激发范围变宽。CsSrI3:Pr 晶体的荧光衰减时间分别为 0.78 μs(CsSrI3:1%Pr),0.81 μs(CsSrI3:3%Pr),0.87μs(CsSrI3:5%Pr)。此外,与 CsSrI3:Eu 相比,掺 Pr3+的 CsSrI3 晶体可以缩短衰减时间。综合分析,我们认为CsSrI3:Pr的发光性能可能优于CsSrI3:Eu晶体。(五)导模法生长CsSrBrI2:Eu晶体的探索及其光学性能研究首次采用导模法成功生长了二元CsSrBrI2:5%Eu晶体,生长速度达到12 mm/h,晶体尺寸为Φ10 mm×50 mm。用溴离子取代部分碘离子,试图通过降低分子的极性来改善晶体的潮解性能。由荧光数据显示,CsSrBrI2:5%Eu晶体的发射峰的范围相对于CsSrI3:Eu有所扩大,并且其荧光寿命变大了。