BaO改性高密度钆基玻璃闪烁体：增强发光与抗辐照性能以推动高能物理应用

本综述系统探讨了BaO替代Gd2O3对Ce3+掺杂高密度钆氧氟化物玻璃闪烁性能的调控机制。研究证实BaO的引入不仅显著提升X射线激发发光（XEL）与光致发光（PL）强度，更通过促进非桥氧向桥氧转化增强辐射耐受性（RIA），为高能粒子探测器（如CEPC）提供了兼具高密度（6.15 g/cm3）、快速衰减与优异发光性能的新型闪烁材料。

　　

Highlights

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  通过高温熔融法成功制备Ce³⁺掺杂高钆氧氟化物玻璃，最高密度达6.15 g/cm³
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  BaO替代Gd₂O₃使Ce³⁺的X射线激发发光（XEL）和光致发光（PL）强度显著提升
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  24 mol% BaO样品发光性能最优，XEL与PL强度分别达无BaO样品的1.76倍和1.58倍
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  时间分辨光谱揭示Gd³⁺→Ce³⁺存在两种不同能量传递路径
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  BaO促进玻璃网络中非桥氧向桥氧转化，辐射诱导吸收（RIA）分析证实抗辐照损伤能力增强

Sample preparation

本研究采用还原气氛下的传统熔融淬火法制备了Ce掺杂及未掺杂的Gd₂O₃–GdF₃–B₂O₃–Al₂O₃–SiO₂–BaO高钆氧氟化物玻璃。玻璃组成按摩尔百分比计算，BaO掺杂量范围为0至24 mol%，Ce掺杂样品含0.5 mol% CeF₃。未掺Ce玻璃命名为GBAS-xBa-0Ce，而掺Ce玻璃标记为GBAS-xBa-0.5Ce，其中x代表BaO的摩尔含量。

Photoluminescence properties and transmission spectra

图1(a)展示了未掺Ce（GBAS-xBa-0Ce）玻璃样品在312 nm监测下的激发光谱。观察到273、276和279 nm处三个显著激发峰，对应Gd³⁺从基态⁸S_7/2到激发态⁶I_J的跃迁。此外，243、245和252 nm处的较弱峰归因于⁸S_7/2→⁶D_J跃迁。图1(b)显示275 nm激发下的发射光谱，呈现出Gd³⁺的特征发射峰。

Conclusions

本研究聚焦高密度Gd₂O₃–GdF₃–B₂O₃–Al₂O₃–SiO₂玻璃体系，系统研究了BaO替代Gd₂O₃对其光学性能、闪烁性能及玻璃结构的影响。主要结论如下：

(1) 物理性能：随BaO含量增加，玻璃密度从6.15逐渐降至5.1 g/cm³，折射率从1.73以上降至1.65。

(2) 光致发光：BaO掺入降低了...