CHƯƠNG 7. VẬT LIỆU PHÁT QUANG TIA X VÀ VẬT LIỆU NHẤP NHÁY

CHƯƠNG 7. VẬT LIỆU PHÁT QUANG TIA X VÀ
VẬT LIỆU NHẤP NHÁY
7.1. GIỚI THIỆU
Thuật ngữ vật liệu phát quang tia X và vật liệu nhấp nháy thường được dùng hoán
đổi cho nhau. Một số tác giả sử dụng thuật ngữ vật liệu phát quang tia X khi ứng dụng
đòi hỏi màn hình bột, còn thuật ngữ vật liệu (chất) nhấp nháy được dùng khi ứng dụng
đòi hỏi các đơn tinh thể. Cơ chế vật lý của quá trình phát quang trong hai loại vật liệu
này giống nhau về nguyên lý và có thể so sánh được với vật liệu phát quang catốt.
Vì đây là một lĩnh vực khá rộng nên người ta còn chia loại vật liệu này thành hai
lớp khác nhau: vật liệu dùng cho các ứng dụng có sử dụng kỹ thuật tích phân và vật
liệu dùng cho các ứng dụng có sử dụng kỹ thuật đếm. Kỹ thuật tích phân đo cường độ
sáng dưới điều kiện kích thích liên tục: đó là kỹ thuật nhạy và cho kết qủa dạng hình
ảnh (ví dụ quen thuộc là chụp phim X-quang trong chẩn đoán bệnh). Kỹ thuật đếm
phân loại sự bức xạ được kích thích bởi các xung đơn lẻ, nó cho biết số lượng sự kích
thích (ví dụ quen biết là sử dụng vật liệu nhấp nháy trong nhiệt lượng kế điện từ để
đếm photon, điện tử và các hạt khác).
Vật liệu phát quang tia X được định nghĩa là vật liệu có khả năng hấp thụ tia X và
chuyển một cách hiệu quả năng lượng hấp thụ thành ánh sáng phát quang, thường là
các bức xạ nằm trong vùng tử ngoại và khả kiến. Vì vậy trong phần này chúng ta sẽ
xem xét hiện tượng hấp thụ tia X, một số nguyên tắc quan trọng về chụp ảnh tia X, các
đòi hỏi đối với vật liệu để thoả mãn yêu cầu ứng dụng.
Trong phần tiếp theo sẽ thảo luận về một số phương pháp chế tạo vật liệu. Tuỳ
thuộc vào yêu cầu ứng dụng vật liệu có thể điều chế dưới hai dạng: bột và đơn tinh thể.
Cuối chương sẽ là một số nhận định về tương lai phát triển của loại vật liệu này.
7.2. VẬT LIỆU PHÁT QUANG TIA X
7.2.1. Sự hấp thụ tia X
Hình 7.1 biểu diễn sơ đồ thay đổi hệ số hấp thụ tia X của một nguyên tử theo năng
lượng của tia X. Khi các tia X tương tác với một nguyên tử hoặc một ion chúng có thể
di chuyển một điện tử ra khỏi lớp K nếu năng lượng của lượng tử tia X tương đương
94

hoặc lớn năng lượng liên kết E K của điện tử K. Sự hấp thụ đó cho phổ liên tục bắt đầu
từ EK kéo dài về phía năng lượng cao hơn, về bên trái hình 7.1. Tương tự, các điện tử L
liên kết yếu hơn đưa đến ba phổ hấp thụ liên tục bắt đầu từ các năng lượng E LI, ELII,
ELIII. Các điện tử có liên kết yếu hơn nữa, lớp M ..., cho các đỉnh hấp thụ ở năng lượng
thấp hơn nữa tuỳ thuộc vào nguyên tử số.

Hình 7.1. Sơ đồ biểu diễn hệ số hấp thụ tia X thay đổi theo năng lượng tia X.

Hệ số hấp thụ tia X gia tăng mạnh theo giá trị nguyên tử số, vì vậy, vật liệu phát
quang tia X cần phải có chứa các nguyên tố nặng, nói cách khác khối lương riêng của
vật liệu phải lớn.
7.2.2. Màn tăng quang thông thường
Sau khi khám phá ra tia X ngay lập tức Rơnghen (Roentgen) nhận ra rằng việc phát
hiện các tia X trực tiếp bằng phim ảnh không hiệu quả. Lý do là sự hấp thụ của phim
ảnh đối với tia X rất yếu. Như vậy đòi hỏi thời gian chiếu xạ dài và hình ảnh thu được
sẽ không rõ nét khi đối tượng chiếu dịch chuyển. Trong khi đó tia X gây tác hại mạnh
tới cơ thể người. Ngay sau khám phá của Rơnghen, các nghiên cứu về vật liệu có thể
hấp thụ tia X để chuyển thành năng lượng ánh sáng đã được bắt đầu. Chỉ một năm sau
(1896) Pupin đã đề nghị dùng CaWO4 cho mục đích này, đặc trưng phát quang của nó
đã được thảo luận trong các chương trước. Vật liệu này đã được dùng làm tấm tăng
quang trong khoảng 75 năm, giữ kỷ lục tuyệt đối của một vật liệu phát quang.
Hệ thống chụp X quang y tế dựa trên việc sử dụng tấm tăng quang được mô tả trên
hình 7.2. Bức xạ tia X truyền qua cơ thể bệnh nhân được phát hiện bởi vật liệu phát
quang tia X dùng làm tấm tăng quang. Ánh sáng phát quang phát ra được ghi nhận
bằng phim ảnh. Độ nhạy phổ của phim phù hợp tối ưu với sự phân bố năng lượng phổ
95


ánh sáng huỳnh quang phát ra. Bên cạnh ứng dụng này ta biết còn có một số ứng dụng

tương tự, chẳng hạn kiểm tra kết cấu vật liệu mà không cần phá huỷ mẫu.

Phim

Nguồn tia X

Bệnh nhân

Tấm tăng quang

Hình 7.2. Sơ đồ hệ thống chụp phim X quang trong y tế, dùng
tấm tăng quang.

Khảo sát sự tạo ảnh trên phim cho kết quả: kích thước hạt tinh thể và độ nén chặt
chúng trên tấm tăng quang cũng như độ dày của tấm tăng quang là các nguyên nhân
quyết định độ nét của ảnh chụp được. Kích thước tinh thể càng nhỏ, độ nén chặt cao
hơn và màn có độ dày nhỏ hơn sẽ cho ảnh có độ nét cao hơn.
Vì vậy, các yêu cầu đặt ra đối với vật liệu phát quang tia X dùng trong tấm tăng
quang là: hấp thụ tia X tốt, khối lượng riêng lớn, hiệu suất chuyển đổi năng lượng tia
X thành ánh sáng cao, phổ bức xạ bao phủ độ nhạy phổ của phim (thực tế là bức xạ
màu lục và bức xạ màu lam), bền vững và giá cả chấp nhận được.
7.2.3. Màn vật liệu tích luỹ cưỡng bức quang
Khoảng hơn hai mươi năm trước, công ty Fuji giới thiệu kỹ thuật chụp ảnh X quang
mới. Kỹ thuật này dựa trên việc sử dụng màn vật liệu tích luỹ cưỡng bức quang,
nguyên tắc làm việc của nó dựa trên quá trình phát quang cưỡng bức quang (OSL) có
cơ chế được mô tả trên sơ đồ hình 7.3.
Do chiếu xạ các điện tử được nâng từ vùng hoá trị lên vùng dẫn. Trong vật liệu tích
luỹ một số điện tích tự do tạo thành bị bắt bởi các bẫy bắt điện tử và lỗ trống. Bẫy bắt
là các trạng thái năng lượng định xứ trong vùng cấm được tạo thành do tạp chất hoặc
khuyết tật mạng. Nếu độ sâu bẫy E lớn hơn kT thì xác suất giải phóng nhiệt khỏi bẫy

nhỏ không đáng kể và hình thành một trạng thái siêu bền.

96


Vùng dẫn

c

b
E

d

1
a

2
b
Vùng hoá trị

Hình 7.3. Sơ đồ vùng năng lượng mô tả cơ chế phát quang cưỡng bức quang trong
vật liệu tích luỹ: 1 và 2: bẫy bắt điện tử và lỗ trống; a,b,c,d quá trình dịch chuyển
điện tử và lỗ trống.

Năng lượng tích luỹ có thể được giải phóng bằng cưỡng bức nhiệt hoặc cưỡng bức
quang. Khi cưỡng bức nhiệt, vật liệu sau chiếu xạ được đốt nóng đến nhiệt độ ở đó
điện tử bị bắt có thể vượt qua rào thế E bằng năng lượng nhiệt, chúng được giải
phóng khỏi bẫy và tái hợp với hạt tải trái dấu. Trong trường hợp tái hợp bức xạ, tín
hiệu phát quang sẽ được phát hiện và được gọi là quá trình phát quang cưỡng bức nhiệt

(Thermally stimulated luminescence - TSL).
Khi cưỡng bức quang, năng lượng của photon tới được dùng để các điện tử bị bắt
vượt qua rào thế E, lúc này quá trình được gọi là phát quang cưỡng bức quang
(Optically stimulated luminescence - OSL). Hiện tượng phát quang cưỡng bức của các
vật liệu tích luỹ đã được phát hiện và nghiên cứu từ rất lâu, bên cạnh ứng dụng đang
đề cập ở đây chúng còn được dùng khá phổ biến trong đo liều bức xạ và đầu đo hồng
ngoại.
Hệ thống chụp X quang dựa trên các vật liệu tích luỹ cưỡng bức quang được mô tả
trên hình 7.4. Phim ảnh thông thường được thay bằng màn vật liệu tích luỹ, photon tia
X sau khi truyền qua cơ thể bệnh nhân được vật liệu trên màn hấp thụ, năng lượng tích
luỹ trên màn tỉ lệ với liều lượng tia X truyền tới màn. Hình ảnh lưu giữ trên màn được
đọc bằng cách quét màn vật liệu bằng chùm tia laser He-Ne hội tụ. Ánh sáng laser đỏ
(632.8nm) cưỡng bức sự tái hợp dẫn đến quá trình OSL. Cường độ ánh sáng OSL tỉ lệ
với liều lượng tia X. Ứng với mỗi một điểm khi tia laser rọi tới cường độ OSL được
ghi nhận bằng nhân quang điện và lưu giữ bằng máy tính, ảnh X quang trong máy tính
có thể được quan sát trên màn hình hoặc lưu giữ trong ổ cứng.
97


Laser He-Ne

Màn hình

(a)
Hình 7.4. Hệ thống chụp phim X quang sử dụng màn vật
Máyliệu
tínhtích luỹ (a), các
Nguồn
Bệnh củaVật
liệu

bộ
phận chính
đầu
đọcNhân
ảnh quang
(b).
tia X

nhân

tích lũy

Gương quét
Thấu kính

điện

Tia laser
Sợi
quang

(b)

Nhân quang
điện

Màn vật liệu tích lũy

Kỹ thuật mới này có một số ưu điểm nổi bật so với phép chụp x quang sử dụng
phim thông thường. Đáp ứng của hệ thống là tuyến tính ít nhất trên bốn bậc của liều

lượng tia X, từ 10-2 đến 102mR. Khoảng đáp ứng rộng đó tránh được sự quá ngưỡng và
dưới ngưỡng liều chiếu lên cơ thể bệnh nhân. Độ nhạy của hệ thống cao, do độ nhạy
của nhân quang điện lớn hơn nhiều độ nhạy của phim ảnh. Độ nhạy cao cho phép hạ
thấp thời gian chiếu, tránh tác hại của tia X lên cơ thể. Cuối cùng, tín hiệu ảnh chụp
được số hoá rất dễ cho việc lưu giữ và xử lý bằng máy tính cho kết quả chính xác và
nhanh chóng hơn.
Ngoài nhược điểm giá thành cao, kỹ thuật mới này còn có nhược điểm chủ yếu là
độ phân giải không cao. Do sự tán xạ của tia laser hiệu suất của hệ này cũng kém hơn
hiệu suất của hệ thông thường. Điều đó cản trở ứng dụng trong lĩnh vực yêu cầu độ
phân giải cao. Sự phát triển màn vật liệu tích luỹ mờ có sự tán xạ tối thiểu hy vọng sẽ
giải quyết được vấn đề này.
Một vật liệu phát quang tích luỹ tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Hệ số hấp thụ tia X lớn. Điều này có nghĩa là vật liệu có khối lượng riêng lớn.
98


- Năng lượng tích luỹ trong vật liệu trên một đơn vị liều lượng tia X phải lớn để thu
được độ nhạy cao.
- Thời gian tắt của bức xạ cưỡng bức quang phải ngắn (<10s) để có tốc độ đọc tín
hiệu nhanh.
- Sự mất mát thông tin (fading) tích luỹ trong vật liệu phải chậm (thông tin tích luỹ
phải tồn tại vài giờ sau khi chiếu tia X).
- Sự cưỡng bức phải được thực hiện bằng bức xạ đỏ hoặc hồng ngoại gần. Bức xạ
cưỡng bức phải ở trong khoảng 300-500nm, vùng nhạy nhất của nhân quang điện.
Vật liệu cưỡng bức quang hiện đang dùng trong hầu hết các hệ chụp ảnh số là
BaFBr:Eu2+. Cơ chế vật lý của quá trình OSL trong vật liệu này đã được nhóm tác giả
Takahashi xây dựng. Các nghiên cứu về quang dẫn và cộng hưởng từ (EPR) cho thấy
rằng, do chiếu xạ tia X một số lỗ trống bị bắt bởi ion Eu 2+ tạo thành Eu3+ và một số
điện tử bị bắt tại các nút khuyết (vacancy) halogen tạo thành tâm màu F. Sự chiếu sáng
trong dải hấp thụ của tâm F cưỡng bức sự hình thành tái hợp của điện tử được giải

phóng khỏi tâm F với các lỗ trống bị bắt bởi Eu 2+, năng lượng tái hợp đưa Eu2+ lên
trạng thái kích thích 4f65d. Ion Eu2+ trở về trạng thái cơ bản bằng cách phát bức xạ đặc
trưng của nó ở 390nm.
Tiến bộ mới nhất của ứng dụng vật liệu phát quang trong chụp ảnh X quang dùng
cho chuẩn đoán và điều trị bệnh là hệ thống chụp X quang cắt lớp (Computed
Tomography - CT). Đây là một tiến bộ kỹ thuật rất quan trọng giúp cho sự chuẩn đoán
bệnh chính xác hơn nhiều, nâng cao hiệu quả của công tác điều trị, nhất là các tai biến
và chấn thương sọ não.
7.3. CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHÁT QUANG TIA X
7.3.1. Vật liệu dạng bột
Về cơ bản, các phương pháp chế tạo vật liệu dùng cho đèn và vật liệu catốt phát
quang cũng có thể dùng để chế tạo vật liệu phát quang tia X dạng bột. Sau đó dùng vật
liệu dạng bột làm ra các tấm và màn tăng quang. Thực tế có nhiều phương pháp khác
nhau, ở đây chúng ta chỉ nếu ví dụ một vài phương pháp thường gặp.
Vật liệu CaWO4 có thể điều chế dễ dàng bằng phương pháp phản ứng pha rắn:
Na2WO4 + CaCl2  CaWO4 + 2NaCl
99


Muối ăn tạo thành sau phản ứng đóng vai trò làm chất chảy để tạo thành các hạt đa
diện có diện tích bề mặt vào khoảng 0.2-0.3m 2/g và kích thước hạt trung bình khoảng
5-10m. Đó là kích thước hạt lý tưởng, nếu nhỏ hơn sẽ mất mát cường độ bức xạ do
sự tán xạ bên trong còn nếu lớn hơn thì rất khó trong việc tạo thành màn mỏng và đều.
Hình thái của hạt vật liệu cực kỳ quan trọng trong ứng dụng làm tấm tăng quang, lý
tưởng nhất là có dạng gần như hình cầu để có được sự bó chặt tối ưu.
Vật liệu BaFCl:Eu2+ được điều chế bằng phương pháp phản ứng pha rắn sử dụng
các hợp chất ban đầu là BaF2, BaCl2 và oxít hoặc muối chứa ion europium. Do cấu trúc
tinh thể dạng lớp nên hình dạng của tinh thể BaFCl:Eu 2+ giống phiến mỏng và không
đẳng hướng. Các phiến mỏng như vậy rất bất tiện trong việc tạo thành màn hay tấm
tăng quang. Vấn đề tương tự cũng xảy ra với vật liệu LaOBr.

Hợp chất RE2O2S (RE - nguyên tố đất hiếm) cũng thường dùng làm vật liệu phát
quang tia X. Cấu trúc tinh thể làm cho các hạt vật liệu này có dạng đa diện khá hoàn
hảo, thích hợp cho việc chế tạo màn, tấm tăng quang mỏng và đều. Ví dụ, Gd2O2S:Tb3+
là vật liệu thường gặp nhất trong ứng dụng này. Xuất phát từ các vật liệu ban đầu gồm
Gd2O3, Tb4O7, Na2CO3 và Na2S2O3:5H2O sau quá trình nghiền trộn hỗn hợp được nung
thiêu kết ở 1200oC trong 4 giờ. Kết thúc bằng quá trình rửa sạch vật liệu bằng dung
dịch axit clohydric loãng và nước cất trước khi sấy khô.
7.3.2. Vật liệu dạng tấm (Gốm - Ceramic)
Gần đây loại vật liệu nhấp nháy mới dựa trên các vật liệu gốm đã được phát triển.
Chất nhấp nháy gốm này có thể là đa tinh thể, chất vô cơ hoặc chất rắn phi kim loại.
Các tấm gốm mỏng rất có triển vọng đối với ứng dụng trong phép chụp ảnh X quang
cắt lớp (CT).
Cách thức chế tạo các tấm gốm phát quang này theo công nghệ chế tạo gốm thông
thường: thiêu kết (sintering) hỗn hợp bột dưới nhiệt độ nóng chảy của chúng. Do hệ
quả của cách thức điều chế này, các tính chất của chất nhấp nháy gốm không những
được xác định bằng mạng chủ, tạp chất (chất kích hoạt) mà còn bằng cả kỹ thuật công
nghệ. Trái với việc chế tạo các bột phát quang thông thường, việc tổng hợp vật liệu
gốm dạng tấm mỏng yêu cầu dựa trên vật liệu bột có kích thước hạt nhỏ dưới
micromet và diện tích bề mặt đạt tới 50m 2/g. Thêm vào đó, sự pha tạp đồng nhất theo
tỉ lệ phân tử rất quan trọng.
100


Việc tổng hợp vật liệu bột được thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau. Sau
đó, vật liệu bột được xử lý thành tấm mỏng, dạng khối rắn nhờ các biện pháp ép kết
hợp với thiêu kết ở nhiệt độ thích hợp. Khối rắn biểu lộ đặc trưng phát quang tốt
nhưng có công suất phát quang thấp do tính xốp cao - 50% thể tích.
Tính xốp đó có thể được hạ thấp bằng quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao. Để đạt
được sự kết tập hoàn hảo sự thiêu kết cần được thực hiện trong chân không, sau khi
thực hiện chế độ ép nóng hoặc dưới áp suất hơi đẳng tĩnh.

Lưu ý rằng vật liệu phát quang tia X cũng có thể là đơn tinh thể, chúng được nuôi
và phục vụ cho một số ứng dụng đặc biệt.
7.4. CÁC VẬT LIỆU PHÁT QUANG TIA X CÓ ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN
7.4.1. Vật liệu dùng cho màn tăng quang thông thường
Vai trò lịch sử của CaWO4 đã được phác hoạ ở trên, đây là vật liệu không thích hợp
lắm đối với yêu cầu của một vật liệu phát quang tia X. Hấp thụ tia X tương đối thấp,
chỉ có một trong số 6 nguyên tử hấp thụ mạnh tia X có năng lượng nằm trong khoảng
thường dùng trong y tế: 30-80keV, đó là nguyên tử W.

Hình 7.5. Phổ bức xạ của CaWO4 kích thích bằng tia X.

Một số nhược điểm của vật liệu CaWO4:
- Khối lượng riêng không đủ lớn: 6.06g/cm3.
- Dải bức xạ rộng của nó, xem hình 7.5, gây khó khăn khi ứng dụng: phim nhạy đối
với bức xạ màu lam không tận dụng được phần màu lục của phổ bức xạ. Mặt khác,
mặc dù đây là một vật liệu bền và rẻ nhưng điểm yếu chính là hiệu suất chuyển đổi
năng lượng tia X thành ánh sáng rất thấp, chỉ khoảng 6%.
- Một nhược điểm nữa của CaWO4 là sự phát quang kéo dài rất mạnh. Phát quang kéo
dài mạnh của bức xạ là nguyên nhân làm xuất hiện hình bóng mờ trong lần chiếu xạ
tiếp theo, ảnh thu được không rõ nét.
101


Đa số nhược điểm kể trên đều thuộc bản chất bên trong của vật liệu CaWO 4 vì vậy
các nghiên cứu tìm kiếm vật liệu tốt hơn thay thế cho CaWO 4 vẫn đang được tiến
hành.
Vật liệu phát quang tia X thương phẩm pha tạp đất hiếm đầu tiên là BaFCl:Eu 2+ của
hãng Du Pont. Vật liệu này hấp thụ tia X mạnh và hiệu suất chuyển đổi thành năng
lượng ánh sáng cao hơn CaWO4. Tuy nhiên, có khối lượng riêng thấp (4.56g/cm 3) và
hình dạng tinh thể bất tiện như nêu trên.

Hình 7.6 chỉ ra phổ bức xạ của BaFCl:Eu 2+. Cực đại của dải gần với độ nhạy đỉnh
của phim nhạy ánh sáng màu lam. Phổ bức xạ này gồm hai phần, bức xạ vạch nhọn
ứng với dịch chuyển trong cấu hình 4f7 (6P7/28S) của Eu2+, và dải bức xạ rộng ứng với
dịch chuyển ngoài cấu hình 4f65d4f7. Rõ ràng là mức thấp nhất của cấu hình 4f 65d
có năng lượng chỉ hơi cao hơn mức 6P7/2 một chút, như đã nêu trong chương 3. Độ
rộng dải bức xạ cũng nhỏ hơn so với CaWO4.

Hình 7.6. Phổ bức xạ của BaFCl:Eu2+, kích thích bằng tia X.

Hình 7.7. Phổ bức xạ của LaOBr:Tm3+, kích thích bằng tia X.

Vật liệu phát quang tia X có nhiều tính chất tốt hơn là LaOBr:Tm 3+. Mạng chủ này
có cùng cấu trúc với BaFCl, nhưng có khối lượng riêng lớn hơn đáng kể: 6.13g/cm 3.
102


Phổ bức xạ của nó được đưa ra trên hình 7.7, gồm các dịch chuyển vạch trong cấu hình
4f12 của Tm3+ nằm trong vùng tử ngoại gần và màu lam. Hiện nay vật liệu này là sản
phẩm thương mại do các tính chất ưu việt của nó.
Vật liệu phát quang tia X phát bức xạ màu lục có chất lượng cao là Gd2O2S:Tb3+ (do
Tecotzky phát hiện). Đây cũng là tinh thể có cấu trúc lớp, dùng phương pháp điều chế
thích hợp có thể thu được hình dạng tinh thể rất đẹp. Khối lượng riêng khá cao:
7.34g/cm3 và hấp thụ tia X mạnh. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của nó đạt khoảng
15%, rõ ràng là lớn hơn nhiều so với CaWO4. Phổ bức xạ của vật liệu này nằm trong
vùng màu lục, ứng với các bước chuyển 5D47FJ của Tb3+, nên được xem là vật liệu
tốt nhất khi phối hợp với phim nhạy bức xạ màu lục.
Các nghiên cứu tiếp theo đã phát hiện ra một loạt vật liệu phát quang tia X phát xạ
màu lục rất tốt, đáp ứng yêu cầu phù hợp với vùng nhạy nhất của phim. Đó là các vật
liệu: GdTaO4:Tb3+, Gd2SiO5:Tb3+ và Gd3Ga5O12:Tb3+.
Đáng ngạc nhiên hơn là việc phát minh ra vật liệu gốc tantalate, có đặc trưng vật lý

giống CaWO4. Đó là vật liệu cải tiến của YTaO 4, được ký hiệu M- YTaO4, là sự thay
đổi độ biến dạng méo của khoáng vật silit (CaWO 4). Khối lượng riêng của vật liệu này
đạt 7.55g/cm3, phổ bức xạ của nó như trên hình 7.8 ứng với dịch chuyển truyền điện
tích trong nhóm tantalate.

Hình 7.8. Phổ bức xạ của M-YTaO4, kích thích bằng tia X.

Vật liệu này về thực chất là nguồn phát bức xạ tử ngoại, nếu thay thế một phần
tantalate (Ta) bằng niobium (Nb) thì dải bức xạ dịch về phía sóng dài hơn. Hiệu suất
chuyển đổi năng lượng của vật liệu này vào khoảng 9%.
Cũng đã phát hiện thấy vật liệu xếp chặt cao, hấp thụ tia X mạnh hơn cả M- YTaO 4,
đó là M-LuTaO4, có khối lượng riêng đạt tới 9.75g/cm 3. Tuy nhiên, do giá của Lu2O3
rất đắt nên cản trở việc ứng dụng thương mại.
103


Chính vì những lý do nêu trên, các vật liệu phát quang tia X tốt nhất, hiện đang
dùng cho các tấm tăng quang trong các hệ chụp phim X quang thông dụng là:
LaOBr:Tm3+, Gd2O2S:Tb3+ và M- YTaO4.
7.4.2. Vật liệu dùng cho màn tích luỹ cưỡng bức quang
Vật liệu phát quang tia X phổ biến nhất cho mục đích này được xác định là
BaFBr:Eu2+. Đặc trưng phát quang của nó giống như vật liệu đồng hình BaFCl:Eu 2+
vừa trình bày ở trên. Bẫy bắt điện tử là các vacancy anion, bẫy bắt lỗ trống hình thành
nhờ các ion anion hoặc một ion oxygen ở vị trí fluorine và tâm phát quang chính là ion
Eu2+. Hình 7.9 đưa ra phổ bức xạ của BaFBr:Eu 2+. Bức xạ này là do dịch chuyển

Cường độ phát quang

4f65d4f7 của ion Eu2+.

Hình 7.9. Phổ bức xạ của BaFBr:Eu2+ ở 40 và 270K.

Các nghiên cứu đã phát hiện một số vật liệu phát quang tia X tích luỹ khác được
thống kê như sau:

Bước sóng (nm)
2+

- Ba2SiO4Br6:Eu và Ba2GeO4Br6:Eu2+, việc thêm một lượng nhỏ tạp niobium (Nb)
sẽ cải thiện khả năng tích luỹ và làm thay đổi cơ chế tích luỹ.
- Ba2(PO4)2:Eu2+, đây cũng là vật liệu quang phát quang (PL) hiệu quả. Thêm vào
một lượng nhỏ tạp La3+ ta sẽ thu được vật liệu có khả năng tích luỹ lớn. Ion H + (H+
luôn có sẵn trong vật liệu do một vật liệu ban đầu là (NH 4)2HPO4 đóng vai trò tâm bắt
điện tử. Lỗ trống được cho là bị bắt ở gốc PO43-.
- Y2SiO5:Ce3+, trong vật liệu này các điện tử bị bắt bởi các vacancy oxygen và lỗ
trống bị bắt bởi các ion Ce 3+ (trở thành Ce4+). Cưỡng bức nhiệt hoặc quang đều dẫn
104


đến sự tái hợp của điện tử với lỗ trống tại ion Ce 3+ để cho bức xạ ở khoảng 400nm có
thời gian tắt rất ngắn (35ns).
Các kết quả vừa đưa ra cho thấy các vật liệu tích luỹ tia X có thành phần hoá học
thay đổi rất khác nhau và các cơ chế vật lý của sự tích luỹ còn chưa được hiểu một
cách đầy đủ. Các nghiên cứu vẫn đang được tiếp tục và hy vọng sẽ có vật liệu tốt hơn
để thay thế cho BaFBr:Eu2+ trong lĩnh vực ứng dụng này.
7.5. VẬT LIỆU PHÁT QUANG NHẤP NHÁY
So với tia X thì tia gama và chùm hạt điện tích là những bức xạ ion hoá có năng
lượng lớn hơn nhiều. Trong tất cả các ứng dụng liên quan đến các bức xạ đó việc đếm
số lần ion hoá là vấn đề chủ yếu. Phương pháp phát hiện bức xạ đó cho biết số lượng
và loại bức xạ ion hoá bên cạnh giá trị cường độ, năng lượng, thời gian tác động,

hướng và vị trí tác động của bức xạ. Phục vụ cho các mục đích trên, hầu hết các ứng
dụng đều dựa trên vật liệu phát quang dưới dạng đơn tinh thể lớn – thường gọi là vật
liệu hay tinh thể nhập nháy.
7.5.1. Tương tác của bức xạ ion hoá với vật chất đặc
Có ba cách tương tác giữa bức xạ ion hoá (bức xạ điện từ) với vật chất, đó là:
- hiệu ứng quang điện
- hiệu ứng Compton
- sự phát sinh cặp điện tích
Trong hiệu ứng quang điện photon bị ion hấp thụ và sau đó một quang điện tử được
phóng ra khỏi một lớp điện tử nào đó, thường là lớp K. Quang điện tử mang năng
lượng Epe bằng độ chênh lệch giữa năng lượng photon h và năng lượng liên kết Eb của
điện tử. Năng lượng Eb này biểu lộ dưới dạng năng lượng tia X hoặc năng lượng điện
tử Auger khi chỗ trống trong lớp K được điền đầy. Tia X lại được hấp thụ trong quá
trình quang điện thứ cấp và năng lượng toàn phần của photon tới bị hấp thụ trong chất
nhấp nháy.
Trong hiệu ứng Compton, photon tương tác với một điện tử của một ion trong chất
rắn và truyền một phần năng lượng của nó cho điện tử đó. Kết quả là photon bị tán xạ
Compton với năng lượng h' ('<) còn điện tử Compton có năng lượng E C. Photon
105


tán xạ có thể đi ra khỏi chất nhấp nháy hoặc tương tác với chất nhấp nháy ở vị trí khác.
Trường hợp sau photon tới sẽ cho hai tâm sáng ở hai vị trí khác nhau tạo thành hiệu
ứng Compton không mong muốn đối với sự dò tìm nhạy vị trí. Nếu photon tán xạ rời
khỏi tinh thể nhấp nháy bức xạ phát quang sinh ra ít hơn so với trường hợp hiệu ứng
quang điện.
Với photon năng lượng rất cao quá trình sinh cặp điện tích xảy ra: photon bị hấp thụ
hoàn toàn và chuyển đổi thành cặp điện tử -positron. Positron bị tiêu huỷ bởi một điện
tử khác bằng cách phát xạ hai photon có năng lượng 0.511MeV.
Mức độ cạnh tranh của ba cơ chế tương tác vừa đề cập phụ thuộc vào năng lượng

của photon tới và nguyên tử số của ion hấp thụ trong chất nhấp nháy, như được minh
hoạ trên hình 7.10.
Z
100
Hiệu ứng quang
điện

Phát sinh cặp
tích

50
Hiệu ứng
Compton

0
0.1

1.0

10

E(MeV)

Hình 7.10. Mức độ chiếm ưu thế tương đối của ba loại tương tác giữa tia  với vật
chất đặc.

Các hạt điện tích như điện tử, hạt muyon hoặc  mất mát năng lượng thông qua
tương tác Coulomb với các điện tử trong chất rắn.
Có thể chia chúng thành hai loại:
- các hạt có tính đâm xuyên yếu (điện tử năng lượng thấp, proton, hạt ), sự mất

mát năng lượng tăng lên khi điện tích và khối lượng của hạt tăng, trái lại sự nhấp nháy
giảm: với cùng một năng lượng, proton gây ra 1/4 đến 1/2 lượng ánh sáng so với điện
tử còn hạt  chỉ bằng 1/10 số đó.
- các hạt ion hoá cực tiểu (điện tử nhanh, các hạt muyon vũ trụ) có khối lượng thấp
và năng lượng cao, sự mất mát năng lượng của chúng trên một đơn vị chiều dài nhỏ.
106


7.5.2. Các ứng dụng của tinh thể nhấp nháy
Các tinh thể nhấp nháy được dùng trong thiết bị chuẩn đoán bệnh, dây chuyền công
nghiệp và nghiên cứu khoa học. Trong công nghiệp, thường gặp trong ngành chế tạo
máy, chất nhấp nháy được dùng phối hợp với các nguồn bức xạ ion hoá để phát hiện
các khuyết tật trong các chi tiết máy tương tự như trong chuẩn đoán bệnh bằng chụp X
quang đã đề cập ở chương trước.
Trong nghiên cứu khoa học, các tinh thể nhấp nháy là một trong những bộ phận
chính của máy đo năng lượng điện từ (calorimeter). Đó là thiết bị đếm điện tử và
photon không thể thiếu trong các nghiên cứu thuộc lĩnh vực vật lý năng lượng cao, vật
lý hạt nhân và vật lý thiên văn. Calorimeter lớn nhất được xây dựng tại Tổ chức nghiên
cứu hạt nhân châu âu (CERN - Geneva Thuỵ sĩ) vào cuối những năm 80, trong đó
dùng 12000 đơn tinh thể nhấp nháy loại Bi4Ge3O12.
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của nhiệt phát quang (TL) là đo liều bức
xạ, trong đó vật liệu (liều kế) bị chiếu xạ bởi trường bức xạ nào đó. Khoảng liều hấp
thụ thay đổi từ 10-2 mGy tới 105 Gy (1Gy=100rad; 1rad tương đương với năng lượng
được hấp thụ là 0.01 J/kg) có thể được đo bằng hiệu ứng TL, vật liệu hay liều kế sau
khi chiếu xạ được đốt nóng và đo cường độ ánh sáng TL phát ra.
Rất nhiều vật liệu cho cường độ TL tỉ lệ với liều chiếu xạ và được dùng làm liều kế
nhiệt phát quang - TLD (Thermoluminescent Dosimeter). Lần đầu tiên (1953) thực
hiện ứng dụng này là dùng LiF để đo bức xạ sau các vụ thử vũ khí nguyên tử. Sau đó
vật liệu này được dùng trong các bệnh viện để đo liều lượng bức xạ mà các bệnh nhân
ung thư đã nhận được trong quá trình điều trị tia xạ.

Từ đó đến nay rất nhiều nghiên cứu đã cho kết quả là phát hiện rất nhiều các vật
liệu khác (ví dụ LiF:Mg,Ti; CaF2:Mn; Li2B4O7:Cu,Ti; Al2O3:C; CaSO4:RE ...) có đặc
trưng TL thích hợp cho việc đo liều bức xạ phục vụ tốt cho cả việc điều trị tia xạ trong
y tế cũng như bảo vệ môi trường sống và hình thành một chuyên ngành đo liều nhiệt
phát quang đem lại nhiều lợi ích thiết thực.
Vật liệu nhấp nháy còn được dùng để phát hiện các bức xạ hạt. Phương pháp này sử
dụng các tinh thể nhấp nháy BaF 2 để phát hiện bức xạ có thời gian suy giảm ngắn và
CsI:Tl+ để phát hiện bức xạ có thời gian suy giảm dài hơn.

107


7.6. CHẾ TẠO TINH THỂ NHẤP NHÁY
Các tinh thể nhấp nháy dùng để phát hiện bức xạ ion hoá mạnh thực tế thường dùng
dưới dạng đơn tinh thể. Do các đơn tinh thể có độ truyền qua quang học lớn nên các
bức xạ phát ra bên trong tinh thể dễ dàng thoát ra ngoài đến đầu đo cho độ nhạy phát
hiện cao. Một vài ứng dụng đặc biệt yêu cầu tinh thể kích thước lớn bên cạnh chất
lượng cao (không có bất cứ một bọt khí hay hạt tạp trong tinh thể).
Tất cả các đơn tinh thể thương mại có sẵn đều thu được từ việc nuôi đơn tinh thể từ
vật liệu nóng chảy. Hai phương pháp nuôi đơn tinh thể phổ biến là: phương pháp
Bridgman-Stockbarger và Czochralski. Trong phương pháp đầu, cả tinh thể và vật liệu
nóng chảy nằm trong bình chứa rắn, như vậy có đường ranh giới ba pha giữa đơn tinh
thể với vật liệu nóng chảy và với vật liệu làm bình chứa.
7.6.1. Phương pháp Bridgman-Stockbarger
Hình 7.11 đưa ra sơ đồ môt tả công nghệ nuôi đơn tinh thể theo phương pháp
Bridgman-Stockbarger. Lò nung (heater) tạo ra nhiều vùng nhiệt độ khác nhau, nhiệt
độ của mỗi vùng được lập trình hoá và điều khiển riêng biệt. Ampoul hình trụ chứa vật
liệu nóng chảy và tinh thể được nâng lên hoặc lò nung được hạ thấp xuống trong quá
trình nuôi đơn tinh thể. Tốc độ lớn của tinh thể trong phương pháp này có thể đạt
1mm/giờ. Phương pháp Bridgman-Stockbarger thường dùng để nuôi các đơn tinh thể

halogen kiềm (Alkali halide: NaI, CsI).

Hình 7.11. Sơ đồ hệ thống nuôi đơn tinh thể theo phương pháp Bridgman-Stockbarger.
Vật liệu
nóng chảy

Vùng nhiệt độ cao

Cách nhiệt
Tinh thể
Đầu đốt
Mầm
tinh thể

Vùng nhiệt độ thấp

108


7.6.2. Phương pháp Czochralski
Hình 7.12 mô tả hệ thống nuôi đơn tinh thể theo phương pháp Czochralski. Vật liệu
nóng chảy chứa trong nồi kim loại được đốt nóng bằng lò cao tần hoặc lò nung dây
điện trở thông thờng. Đầu dưới của cần kéo lên trên, theo phương thẳng đứng, có gắn
mầm tinh thể nhúng vào vật liệu nóng chảy. Cần kéo quay chậm đồng thời được kéo
lên trên. Bằng cách điều chỉnh chính xác năng lượng đốt nóng vật liệu nóng chảy kích
thước của tinh thể được điều khiển ngay trong quá trình nuôi đơn tinh thể. Tốc độ quay
phổ biến nằm trong khoảng từ 1-100 vòng/phút. Tốc độ kéo có thể thay đổi từ
1mm/giờ đối với các đơn tinh thể oxit đến vài chục mm/giờ đối với đơn tinh thể
halogen kiềm. Các lợi thế chính của kỹ thuật này là tinh thể được giữ không bị méo
khi làm nguội và như vậy có thể thu được cấu trúc tinh thể có độ hoàn hảo cao. Để thu

được vật liệu có nồng độ tạp chất cao và điều khiển được cần phải chế tạo nồi nấu từ
vật liệu không bị vật liệu nóng chảy ăn mòn. Với các tinh thể loại Bi 4Ge3O12
(Tm:1044oC) và CdWO4 (Tm:1272oC) thường sử dụng nồi làm bằng vật liệu bạch kim Pt. Với các tinh thể có nhiệt độ nóng chảy cao hơn, như Gd 2SiO5:Ce (Tm:1950oC) phải
dùng nồi làm bằng vật liệu iridi - Ir.

Hình 7.12. Sơ đồ hệ thống nuôi đơn tinh thể theo phương pháp Czochralski.
Cần kéo

Ống
thạch
anh

Nồi kim
loại
Tinh
thể

Vật liệu
nóng chảy

Nhiệt kế nhiệt điện

109

Dây đốt
lò nung


Phương pháp Czochralski thường dùng để nuôi đơn tinh thể oxit nhưng cũng có thể
nuôi các đơn tinh thể halogen kiềm, lúc đó độ hoàn hảo của tinh thể khá cao nhưng

kích thước đường kính bị giới hạn trong khoảng 10cm. Để thu được đơn tinh thể có
kích thước lớn hơn phải đồng thời kết hợp công nghệ cao liên tục cung cấp vật liệu
ban đầu trong suốt quá trình nuôi.
Nhìn chung, nuôi đơn tinh thể là loại công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, các yêu cầu về
nhiệt độ cao nhưng ổn định và duy trì tốc độ lớn rất chậm và đều của đơn tinh thể
không dễ dàng thực hiện được. Bên cạnh đó như đã nêu trên, đòi hỏi về độ sạch cao
của vật liệu ban đầu được nung nóng chảy và ngay cả trong khi kéo đơn tinh thể cũng
là một trong những khó khăn rất khó đáp ứng. Mặc dù vậy, đến nay kỹ thuật nuôi đơn
tinh thể ở các nước phát triển đã đạt nhiều thành công, đáp ứng hầu hết nhu cầu thực
tế. Chẳng hạn với phương pháp Bridgman-Stockbarger người ta đã nuôi được đơn tinh
thể halogen kiềm có đường kính lớn tới 75cm, nặng nửa tấn.
7.7. CÁC VẬT LIỆU, TINH THỂ NHẤP NHÁY THÔNG DỤNG
7.7.1. Halogen kiềm
Hai vật liệu được dùng phổ biến nhất là NaI và CsI pha tạp Tl +. Bảng 7.1 liệt kê một
số tính chất quan trọng của chúng so với hai vật liệu nền CsI không pha tạp và CsI:Na.

Hình 7.13. Phổ bức xạ của đơn tinh thể nhấp nháy NaI:Tl (a) và CsI:Tl (b).

Phổ bức xạ của NaI:Tl và CsI:Tl được đưa ra trên hình 7.13. Bức xạ của hai vật liệu
này là do bước chuyển 3P1-1S0 của ion Tl+. Trong vật liệu CsI:Na năng lượng kích thích
tâm bức xạ ion Tl+ là năng lượng tái hợp exciton liên kết với ion Na +, còn trong vật
liệu CsI đó là năng lượng tái hợp exciton tự bắt.
110


Bảng 7.1. Một số tính chất đặc trưng của các đơn tinh thể halogen kiềm
Tính chất
NaI:Tl
CsI:Tl
CsI:Na

CsI
3
Khối lượng riêng (g/cm )
3.67
4.51
4.51
4.51
Cực đại bức xạ (nm)

415

560

420

315

40 000

55 000

42 000

2 000

(% sau 6 phút)

0.3-5

0.5-5

0.5-5

---

Thời gian suy giảm (ns)

230

1000

630

16

Hút ẩm

Hút ẩm

Hút ẩm

Hút ẩm

Giòn

Có thể biến

Có thể biến

Có thể biến

dạng

dạng

dạng

Hiệu

suất

sáng

(photon/MeV)
Phát quang kéo dài

Độ ổn định
Tính chất cơ học

7.7.2. Vật liệu tungstat
Các tinh thể nhấp nháy ZnWO 4 và CdWO4 có khối lượng riêng lớn. Hiệu suất sáng
của chúng thấp hơn so với halogen kiềm nhưng sự phát quang kéo dài của chúng lại
yếu hơn, xem bảng 7.2. Các tinh thể khá giòn và dễ dàng tách thành phiến mỏng khó
khăn cho việc gia công, riêng CdWO4 là chất khá độc.
Bảng 7.2. Một số tính chất đặc trưng của các đơn tinh thể tungstat và Bi4Ge3O12
Tính chất
ZnWO4
CdWO4
Bi4Ge3O12
3

Khối lượng riêng (g/cm )
7.87
7.99
7.13
Cực đại bức xạ (nm)

480

480

480

10 000

14 000

9 000

Phát quang kéo dài (% sau 6 phút)

<0.1

<0.1

0.005

Thời gian suy giảm (ns)

5 000

5000

300

Tốt

Tốt

Tốt

Giòn

Giòn

Giòn

Hiệu suất sáng (photon/MeV)

Độ ổn định
Tính chất cơ học

Hiệu suất cực đại của các vật liệu này chỉ đạt dưới 10%, từ số liệu bảng 7.3 có thể
ước lượng hiệu suất cực đại của CdWO 4 là 3.5%, chúng có phổ bức xạ dải rộng như đã
đề cập ở trên.
7.7.3. Vật liệu Bi4Ge3O12 (BGO)

111


Một số tính chất của vật liệu này đã được đưa ra trên bảng 7.2. Đây là vật liệu rất

hữu ích dùng cho cả nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng. Nó được dùng trong
các máy đo năng lượng điện từ và hệ thống chụp X quang cắt lớp dựa trên một số ưu
điểm: thời gian suy giảm ngắn, phát quang kéo dài yếu và khối lượng riêng cao. Hình
7.14 biểu diễn phổ bức xạ và phổ kích thích của nó. Do có độ dịch chuyển Stock lớn,
tức sự hồi phục ở trạng thái kích thích mạnh, nên bức xạ của vật liệu này bị dập tắt
mạnh tại nhiệt độ phòng.

Hình 7.14. Phổ bức xạ (trái) và phổ kích thích (phải) của Bi4Ge3O12.

Vật liệu Bi2Ge3O9 cũng có các đặc trưng phát quang tương tự Bi 4Ge3O12 nhưng có
độ dịch chuyển Stock lớn hơn: 20000 cm-1 so với 17500 cm-1 của Bi4Ge3O12. Do cường
độ bức xạ của vật liệu này bị dập tắt hầu như hoàn toàn tại 150K nên thực tế không thể
sử dụng nó trong bất cứ ứng dụng nào.
7.7.4. Một số vật liệu pha tạp Ce3+
Các đặc tính quan trọng của một số vật liệu tinh thể nhấp nháy thông dụng sử dụng
tâm kích hoạt là ion Ce3+ được thống kê trong bảng 7.3.
Đặc trưng phát quang của ion Ce 3+ đã được thảo luận trong chương 3 trước đây,
dịch chuyển bức xạ của nó (5d-4f) là hoàn toàn cho phép nên thời gian suy giảm ngắn,
có thay đổi chút ít ở các vật liệu nền khác nhau. Vật liệu Gd 2SiO5 có cấu trúc tinh thể
phức tạp với hai vị trí thế chỗ cho ion RE, tinh thể này không hút ẩm nhưng rất dễ tách
mỏng, gây khó khăn cho việc ứng dụng. Tinh thể CeF 3 là vật liệu có nồng độ pha tạp
Ce 100% do vậy sự dập tắt vì nồng độ bởi sự truyền năng lượng không xảy ra. Sự bức
112


xạ của nó phụ thuộc mạnh vào năng lượng bức xạ kích thích, như thấy rõ trên hình
7.15.
Bảng 7.3. Các tính chất của một số vật liệu tinh thể nhấp nháy pha tạp Ce3+ .
Tinh thể
Nồng độ Cực đại bức Hiệu suất phát Thời gian

Khối lượng
Ce3+

xạ

quang

suy giảm

riêng

BaF2

(%mol)
0.2

(nm)
310, 325

(photon/MeV)
7000

(ns)
60

(g/cm3)
4.89

LaF3

10

290, 305

900

27

5.89

CeF3

100

310, 340

4000

30

6.16

Gd2SiO5

0.5

440

9000

60

6.71

Hình 7.15. Phổ bức xạ của CeF3: a-vật liệu bột, kích thích tia X; b-đơn tinh thể,
kích thích tia gamma

Hiệu suất phát quang của CeF 3 thấp, 4000 photon/MeV, tương đương với ~1% và
max~8%. Điều đó cho thấy phần lớn bức xạ bị dập tắt. Thực tế thường thừa nhận các
ion đất hiếm không thể gây sự mất mát lớn như vậy, tuy nhiên các tinh thể fluoride
thường có chứa một lượng nhất định nguyên tử oxygen và đó là nguyên nhân dẫn đến
sự dập tắt đó thông qua hiệu ứng truyền điện tích.
Đây là một trong số các vật liệu được lựa chọn để ứng dụng trong hệ đo năng lượng
điện từ thế hệ mới ở CERN, hệ đo yêu cầu tổng thể tích tinh thể lên tới xấp xỉ 6m 3,
một dự án có số kinh phí rất lớn.
Đơn tinh thể BaF2 cho hai bức xạ phát quang khác nhau: bức xạ phát quang dịch
chuyển ngang ở khoảng 195 và 220nm, với thời gian tắt =0.8ns; bức xạ exciton tự bắt
113


ở khoảng 310nm và =600ns. Đó là lý do khiến phần lớn bức xạ bị dập tắt tại nhiệt độ
phòng. Tinh thể này không hút ẩm và có thể nuôi được với kích thước lớn. Thành phần
bức xạ chậm có thể được giảm xuống khoảng 4 lần bằng cách pha thêm 1% LaF 3.
Hình 7.16 đưa ra phổ bức xạ của BaF2 và sự phụ thuộc nhiệt độ của hai thành phần
bức xạ đó. Tinh thể BaF2 có thể là đầu dò rất tốt dùng để phân biệt các hạt căn cứ vào
tỉ số cường độ giữa hai thành phần nhanh và chậm phụ thuộc vào bức xạ kích thích.

Hình 7.16. a - Phổ bức xạ ở nhiệt độ phòng, kích thích bằng tia gamma của BaF2,
b - Sự phụ thuộc nhiệt độ của hai thành phần bức xạ

7.8. NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU PHÁT QUANG TIA X VÀ TINH
THỂ NHẤP NHÁY
Nghiên cứu về các vật liệu phát quang tia X mới dùng trong các tấm tăng quang
thông thường đã đạt tới giới hạn của nó. Đã thu được một số vật liệu như ý và không
hy vọng nâng hiệu suất phát quang của chúng cao hơn nữa. Một công việc vẫn đang
cần được thực hiện là tìm ra vật liệu tích luỹ tia X thích hợp hơn. Đã có sẵn vật liệu
khá tốt là BaFBr:Eu2+, tuy nhiên cơ chế vật lý của sự tích luỹ của nó còn chưa được
hiểu biết đầy đủ. Chưa biết được các giá trị hiệu suất thu được hiện nay đã phù hợp với
các giới hạn lý thuyết hay chưa, trong khi phát triển các ứng dụng tiềm năng của chúng
mới chỉ ở giai đoạn bắt đầu.
Kỹ thuật chụp X quang cắt lớp (CT) đã có sự tiến bộ đáng kể đem lại nhiều lợi ích
thiết thực trong thời gian vừa qua và hy vọng sẽ có thành tựu vượt bậc kèm theo các
kết quả mới về vật liệu dạng gốm.
Nghiên cứu về vật liệu nhấp nháy trong nhiều năm luôn dựa trên việc tìm hiểu, xây
dựng cơ chế vật lý của quá trình xảy ra song song với việc tìm kiếm các vật liệu mới vì
114


vậy được thực hiện chủ yếu bằng cách thử, thăm dò và cải tiến. Tốc độ phát triển ứng
dụng đối với nhóm vật liệu này vì thế có chậm hơn so với vật liệu phát quang tia X
thông thường. Tuy nhiên những gì đã đạt được theo hướng nghiên cứu này được đánh
giá rất cao, đem lại nhiều ứng dụng thiết thực. Bên cạnh đó, ngày càng có nhiều thiết
bị máy móc hiện đại cung cấp khả năng rộng lớn trong việc nghiên cứu các quá trình
vật lý cơ bản trong chất nhấp nháy, điều đó chắc chắn sẽ thúc đẩy mạnh mẽ việc
nghiên cứu các vật liệu nhấp nháy và làm cho công việc đó trở thành một ngành khoa
học quan trọng trong tương lai.

115