2013年11月上海光機(jī)所中科院強(qiáng)激光材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用提拉法成功生長(zhǎng)出直徑98mm、總長(zhǎng)度360mm的高品質(zhì)Ce：YAG閃爍晶體，Ce離子摻雜濃度0.05at%，晶體重量達(dá)6945克，生長(zhǎng)周期25天，是目前國(guó)內(nèi)報(bào)道的尺寸最大的Ce：YAG閃爍晶體。

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外晶體發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)家重大項(xiàng)目需要，依托中科院修繕購(gòu)置專項(xiàng)資金的支持，2012年6月，“上海材料與制造大型儀器區(qū)域中心” 啟動(dòng)了上海光機(jī)所大尺寸全自動(dòng)光學(xué)晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)平臺(tái)項(xiàng)目的建設(shè)。逐步解決了晶體生長(zhǎng)需要的貴金屬材料、穩(wěn)壓及不間斷電源（輔助系統(tǒng)）等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為大尺寸高品質(zhì)YAG晶體的成功研發(fā)提供了重要的基礎(chǔ)配套設(shè)備支撐。

　　Ce：YAG是一種重要的具有優(yōu)良閃爍性能（光產(chǎn)額：9000Ph/MeV，衰減時(shí)間：70ns）的閃爍晶體，主要應(yīng)用于高能射線探測(cè)成像（如SEM）、高能物理與核物理實(shí)驗(yàn)、安檢、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域。由于Ce離子在YAG基質(zhì)中的分凝系數(shù)小（約為0.1），使Ce離子很難摻入YAG晶體中，而且隨著晶體直徑的增大，晶體生長(zhǎng)難度急劇增加。上海光機(jī)所直徑98mmCe：YAG晶體的生長(zhǎng)成功，標(biāo)志著上海光機(jī)所YAG晶體生長(zhǎng)技術(shù)已處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

圖1. Ce:YAG晶體照片（直徑98mm、總長(zhǎng)度360mm）

圖2 大尺寸全自動(dòng)光學(xué)晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)

　　晶體是原子、離子或分子按照一定的周期性，在結(jié)晶過(guò)程中，在空間排列形成具有一定規(guī)則的幾何外形的固體。所有晶體具有如下的通性：均勻性、各向異性、自范性、固定熔點(diǎn)性、對(duì)稱性、X射線衍射。由于晶體所具有的各種各樣的特性，它們?cè)诠I(yè)技術(shù)、高科技產(chǎn)業(yè)、國(guó)民生活等領(lǐng)域都具有非常重要的作用。通過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)演變和遷移，自然界中存在許多千姿百態(tài)的天然晶體，它們或玲瓏小巧，或光彩艷麗，令人嘆為觀止，比如珍貴稀有、璀璨奪目的天然金剛石和五顏六色的天然寶石。盡管地球上蘊(yùn)藏著豐富多彩的天然晶體，但是它們無(wú)論在數(shù)量、品種和質(zhì)量上都無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科技進(jìn)步的需求，因此人工模擬自然界的成礦條件，采用人工培育的方法生長(zhǎng)晶體，就成為了一種研究、利用晶體的重要手段。在實(shí)驗(yàn)室中，采用精巧的設(shè)備，嚴(yán)格設(shè)定晶體生長(zhǎng)所需的溫度、氣氛和組分等條件，生長(zhǎng)出符合要求的高質(zhì)量晶體，這種晶體就叫人工晶體。

　　隨著研究技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家開(kāi)發(fā)生長(zhǎng)出了越來(lái)越多的人工晶體，從極其難生長(zhǎng)的金剛石晶體到很常見(jiàn)的氯化鈉晶體，都可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行人工制備。人工晶體的應(yīng)用也是涉及到方方面面，比如用于集成電路、太陽(yáng)能電池的單晶硅和高功率激光的非線性光學(xué)晶體。在種類繁多的人工晶體中，有一類晶體尤其受到科研人員的關(guān)注，那就是閃爍晶體。

　　提到閃爍晶體，我們似乎感到很陌生，但是，我們中國(guó)人曾在這個(gè)領(lǐng)域取得了輝煌的成就。通常應(yīng)用的閃爍晶體材料都是人工培育生長(zhǎng)出來(lái)的，種類也很多，從化學(xué)成分來(lái)講有氧化物、鹵化物等。

　　宇宙的形成、基本結(jié)構(gòu)等奧秘一直是人類未解之謎，目前的一種共識(shí)是宇宙是通過(guò)大爆炸形成的，開(kāi)始時(shí)，溫度非常高，有電子、重電子、“層子”等高能量的小粒子。在隨后的冷卻過(guò)程中，這些小粒子逐漸變成質(zhì)子、原子核、原子。為了探索宇宙形成、演變的奧秘，需要模擬宇宙形成時(shí)的條件，追蹤小粒子的狀況，從而獲得宇宙形成時(shí)的信息。利用正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)可以人工模擬宇宙剛爆炸時(shí)的溫度，但是那些小粒子卻不能通過(guò)常規(guī)的科學(xué)手段進(jìn)行觀察，因此，需要一雙特別的“眼睛”來(lái)探測(cè)這些高能小粒子。閃爍晶體能在高能粒子（X射線或γ射線等）的輻射下發(fā)出可見(jiàn)光，與其他熒光材料（如熒光粉）不同，閃爍晶體是巨大的單晶體，它所發(fā)出的熒光能透過(guò)材料本身，而其他熒光材料只是粉末狀的微晶，不透光。因此，閃爍晶體可測(cè)量入射粒子的能量和位置，可作為探測(cè)高能粒子的“眼睛”。