閃爍晶體市場(chǎng)概況

1、精品文檔精品文檔閃爍晶體市場(chǎng)概況閃爍體是指在高能粒子或射線（如X射線、丫射線等）的作用下能夠發(fā)出脈沖光的物體。它是光電功能材料，被廣泛用于高能物理、核物理、空間物理、核醫(yī)學(xué)、地質(zhì)勘探、安全檢查以及國防工業(yè)等領(lǐng)域。閃爍體在地球物理探礦中有廣泛應(yīng)用，一般通過60Co發(fā)出丫射線，通過另一地方接收到的信號(hào)就可以分析礦床情況；在石油勘探方面閃爍體發(fā)揮著重要作用；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用丫射線制成手術(shù)刀，監(jiān)測(cè)丫射線的也是閃爍體；在焊接大型高壓容器，宇航設(shè)備等無損探傷方面閃爍體也都起著關(guān)鍵作用；在機(jī)場(chǎng)安全檢查以及貨運(yùn)集裝箱的檢查中廣泛采用閃爍體作為探測(cè)器。下圖給出了閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)鏈及其應(yīng)用領(lǐng)域。閃爍晶體生長(zhǎng)技術(shù)幅射

2、影像成像探頭制作技術(shù)安全檢測(cè)影像檢測(cè)醫(yī)療器材農(nóng)業(yè)生技工業(yè)檢測(cè)注：影像檢測(cè)醫(yī)療器材：如全身正子攝影儀、單光子攝影儀、加馬攝影儀、X光攝影儀醫(yī)藥研究：臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)攝影儀，如micro-PET、micro-SPECT、micro-CT農(nóng)業(yè)生技：水果蟲害檢測(cè)、農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)吸收與成長(zhǎng)等非破壞性檢測(cè)工業(yè)檢測(cè)：核能與太陽能等能源工業(yè)元件非破壞性檢測(cè)安全檢測(cè)：機(jī)場(chǎng)、海關(guān)安全檢查，貨柜安全檢查輻射防護(hù)：上述應(yīng)用區(qū)域皆需輻射防護(hù)設(shè)備，環(huán)境監(jiān)控儀器圖2LSO:Ce閃爍晶體圖片二、行業(yè)基本狀況及趨勢(shì)目前，閃爍晶體的發(fā)展正處于一個(gè)新的上升時(shí)期。近年來，在高能物理和空問研究、醫(yī)學(xué)成像以及迅猛發(fā)展的工業(yè)檢測(cè)和安全檢察等眾多

3、高技術(shù)裝備中正在愈來愈多地出現(xiàn)閃爍晶體的身影，閃爍晶體與人們愈走愈近。國際上，從事閃爍晶體的開發(fā)工作的單位很多，如俄羅斯的BTCP,烏克蘭的Amcrys-H,法國Crismatec,德國的Korth,MolecularTechnology,美國的Bicron,Optovac,Rexon和CTI,英國的Hilger-Crystals,日本的OhyoKokenKoyo和Shin-EtsuChemical,捷克的Crytur,中國的SIC（上海硅酸鹽所）和BGRI（北京玻璃研究院）等。目前，從生產(chǎn)規(guī)模上看俄羅斯BTCP和中國上海硅酸鹽所處于領(lǐng)先水平。國內(nèi)從事閃爍晶體生長(zhǎng)和性能研究的單位也很多，但具有

4、批量生產(chǎn)能力的單位卻為數(shù)不多。近十年來，北京玻璃研究院與上海硅酸鹽所聯(lián)合或各自獨(dú)立地參與了多項(xiàng)國際高能物理工程，確立了中國在國際閃爍晶體領(lǐng)域的重要地位，并樹立了良好的國際形象。目前大批量生產(chǎn)的多數(shù)大尺寸閃爍晶體都是從熔體中生長(zhǎng)的，采用的方法有Czochralski法（晶體提拉法）和Bridgnian-Stockbarger（土甘竭下降法）。國外主要采用第一種方法，而且主要靠提拉大截面晶體毛坯的辦法降低生產(chǎn)成本。國內(nèi)的批量生產(chǎn)則主要采用下降法,包括真空石墨培竭下降法和大氣柏地竭下降法,前者主要用于生長(zhǎng)鹵化物晶體，后者主要用于生長(zhǎng)氧化物晶體。其中,大氣柏地竭下降法更具特點(diǎn)，一臺(tái)爐子可一次生長(zhǎng)多根甚

5、至數(shù)十根晶體，產(chǎn)量高、成本低，具有產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)。由于研制、開發(fā)、應(yīng)用時(shí)間上的差別以及自身性能、價(jià)格等因素的不同，各種閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)程度不盡相同。1、NaI:Tl晶體因發(fā)現(xiàn)早、使用面廣，所以生產(chǎn)單位較多，產(chǎn)量較大，而且多數(shù)生產(chǎn)單位直接將其做成器件。烏克蘭的Amcrys-H公司可提拉生長(zhǎng)尺寸達(dá)（®50x70cm3,重達(dá)500Kg的NaI:Tl晶體毛坯。2、BGO晶體BGO晶體是一種多功能晶體。作為閃爍晶體，在很多應(yīng)用領(lǐng)域，如高能物理、核醫(yī)學(xué)成像等，它已取代了或部分取代了NaI:Tl,CsI:Tl晶體。由上海硅酸鹽所提供全部晶體（共11,380根）建造的L3裝置，是目前高能物理研究中使

6、用BGO晶體最多的裝置。由于價(jià)格低廉的新型閃爍晶體PWO的成功開發(fā)以及CSI:TI輻照硬度的提高，最大量使用BGO晶體的領(lǐng)域已從高能物理逐漸轉(zhuǎn)向了核醫(yī)學(xué)成像。目前，BGO晶體已成為PET首選閃爍晶體。美國GE公司已經(jīng)向上海硅酸鹽所訂購了價(jià)值3000多萬美元的BGO晶體，用于制作PET機(jī)。3、CSI:TI晶體20世紀(jì)80年代，人們就注意到了CSI:TI晶體的優(yōu)點(diǎn)：發(fā)射光譜可與體積比光電倍增管小的硅光二極管匹配，輻照長(zhǎng)度較NaI:Tl晶體短以及較弱的吸濕性等。近幾年來，該晶體由于抗輻照能力得到提高而倍受青睞，被先后用于CESR的CLEO11,LEAR的C.Barrel,SLAC的BaBar,KEK

7、的BELLE等探測(cè)器中，數(shù)量近4萬根，約5噸多重。我國的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）即將進(jìn)行升級(jí)改造，也已選用了CsI:Tl晶體，所需數(shù)量約8000根，重約3噸。4、BaF2晶體自1982年BaF2晶體的快發(fā)光分量被發(fā)現(xiàn)以后，國際高能物理界聯(lián)合有關(guān)品體生長(zhǎng)單位進(jìn)行了大規(guī)模的研究，并在不久以后被確定為超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)（SSC）用閃爍晶體（總數(shù)達(dá)16,200根）。值得一提的是，在此期間，北京玻璃研究院采用真空石墨地竭下降法生長(zhǎng)的BaF2樣品被SSC工程晶體專家組評(píng)議為“世界上最好的，晶體性能達(dá)到了SSC的質(zhì)量要求”。進(jìn)一步擴(kuò)大了中國在國際閃爍晶體以及高能物理領(lǐng)域中的影響，并先后為美國的Caltec

8、h,LBNL和LANL，德國的Giessen大學(xué)，荷蘭以及印度等，提供了大量特大尺寸的BaF2晶體。5、PWO晶體目前，PWO晶體主要局限于高能物理領(lǐng)域，但需求數(shù)量很大，總重量約16噸。如歐洲核子研究中心（CERN）正在建造的LHC裝置，將使用10多萬根PWO晶體。另外，美國的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室（FNAL）也計(jì)劃選用PWO晶體建造BTeV裝置，使用數(shù)量約24,000根。國際上，與CERN和FNAL合作開發(fā)PWO晶體主要有三家，即俄羅斯的BTCP、中國的SIC和BGRI,三家都已得到了高質(zhì)量的大尺寸晶體。一些學(xué)者正在研究對(duì)PWO晶體進(jìn)行各種摻質(zhì)實(shí)驗(yàn)，目的是大幅度提高其光產(chǎn)額，為PWO尋求新的用途。三、市

9、場(chǎng)需求分析1、石油工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了無機(jī)閃爍晶體需求的快速增長(zhǎng)石油工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了無機(jī)閃爍晶體需求的快速增長(zhǎng)。圖3給出了國際機(jī)構(gòu)對(duì)2005年至2010年的全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、石油產(chǎn)量、石油消費(fèi)量和無機(jī)閃爍晶體市場(chǎng)增幅的預(yù)測(cè)。從預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)上看，世界石油消費(fèi)增長(zhǎng)速度會(huì)略高于產(chǎn)量增長(zhǎng)。從資源角度看，20年內(nèi)世界石油供需會(huì)大致保持平衡，但此后供需關(guān)系將趨于緊張，原油的勘探、開采會(huì)呈快速上升趨勢(shì)。同時(shí)，由于目前無機(jī)閃爍晶體存在供需缺口（即供應(yīng)不足）和牛鞭效應(yīng)放大作用的影響，無機(jī)閃爍晶體市場(chǎng)將以2.8%的增速快速增長(zhǎng)。瞽注：A-華球普濟(jì)泊計(jì)增速B-石油產(chǎn)量粒計(jì)增速CT岫耨費(fèi)量預(yù)計(jì)增速CH無機(jī)區(qū)1場(chǎng)轅計(jì)增博圖32

10、005-2010年無機(jī)閃爍晶體市場(chǎng)2、其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也帶動(dòng)了無機(jī)閃爍晶體需求的快速增長(zhǎng)近年來，在高能物理和空間研究、醫(yī)學(xué)成像以及迅猛發(fā)展的工業(yè)檢測(cè)和安全檢查等眾多高技術(shù)裝備中正在愈來愈多地應(yīng)用到閃爍晶體，該材料對(duì)于普通人越來越不陌生，需求量快速增長(zhǎng)。圖4和圖5給出了閃爍晶體在PET/CT醫(yī)學(xué)影像檢測(cè)中的應(yīng)用市場(chǎng)變化趨勢(shì)。WorldMedicalMarketforPETSystemsUnitSales圖42007-2011年P(guān)ET市場(chǎng)變化趨勢(shì)PET/CTMarketForecastbyNewUnitShipment圖52007-2011年P(guān)ET/CT市場(chǎng)變化趨勢(shì)四、閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)展望1

11、、高能物理用閃爍晶體由于高能物理實(shí)驗(yàn)的前沿之一將是研究更高能量（TeV級(jí)甚至更高）的輻射，裝置很大，需要晶體數(shù)量很多，因而要求閃爍晶體不僅具有高密度A（>7g/cm3卜快衰減（1550ns刖高抗輻照（1TeV）等特性外，而且價(jià)格低廉，對(duì)光產(chǎn)額要求相對(duì)較低。對(duì)這類閃爍晶體的研究和開發(fā)難度很大，特別具有挑戰(zhàn)性。主要的任務(wù)有：1、研制新的高密度、快衰減閃爍晶體，有兩條途徑。其一是，尋找新的高密度且適于Ce3+摻入的較低熔點(diǎn)（如<1300C）單晶基質(zhì)材料，如含稀土的鴇酸鹽類；其二是，根據(jù)交叉發(fā)光機(jī)理（CrossLuminesecence）尋找新的低芯帶材料，可從高密度氟化物中篩選。2、對(duì)高密度的Cherenkov晶體材料進(jìn)行改性，使其成為閃爍晶體，如PbF2,NaBi（WO4）2等晶體。3、優(yōu)化已發(fā)現(xiàn)的摻Ce3+高密度晶體的性能。從文獻(xiàn)報(bào)道來看，有價(jià)值的材料主要集中在摻Ce3+的稀土硅（鋁）酸鹽,如GSO:CeLuAP:Ce、LSO:Ce以及Lux（RE）1-xAP:Ce等。4、設(shè)法降低高熔點(diǎn)全稀土閃爍晶體的生長(zhǎng)成本，如改進(jìn)生長(zhǎng)工藝參數(shù)提高單產(chǎn)量和合格率，進(jìn)行技術(shù)革新降低生產(chǎn)成本。2、核醫(yī)學(xué)成像用閃爍晶體需要進(jìn)一步提高現(xiàn)有閃爍晶體的質(zhì)量，大幅度降低生產(chǎn)成本。如目前PET首選的閃爍晶體-BGO昂貴的價(jià)格是使之一