2013年11月上海光機所中科院強激光材料重點實驗室采用提拉法成功生長出直徑98mm、總長度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6945克，生長周期25天，是目前國內(nèi)報道的尺寸最大的Ce：YAG閃爍晶體。

　　根據(jù)國內(nèi)外晶體發(fā)展趨勢及國家重大項目需要，依托中科院修繕購置專項資金的支持，2012年6月，“上海材料與制造大型儀器區(qū)域中心” 啟動了上海光機所大尺寸全自動光學(xué)晶體生長系統(tǒng)平臺項目的建設(shè)。逐步解決了晶體生長需要的貴金屬材料、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，衰減時間：70ns）的閃爍晶體，主要應(yīng)用于高能射線探測成像（如SEM）、高能物理與核物理實驗、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，晶體生長難度急劇增加。上海光機所直徑98mmCe：YAG晶體的生長成功，標志著上海光機所YAG晶體生長技術(shù)已處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

圖1. Ce:YAG晶體照片（直徑98mm、總長度360mm）

圖2 大尺寸全自動光學(xué)晶體生長系統(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、固定熔點性、對稱性、X射線衍射。由于晶體所具有的各種各樣的特性，它們在工業(yè)技術(shù)、高科技產(chǎn)業(yè)、國民生活等領(lǐng)域都具有非常重要的作用。通過長期的地質(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。盡管地球上蘊藏著豐富多彩的天然晶體，但是它們無論在數(shù)量、品種和質(zhì)量上都無法滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科技進步的需求，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晶體，就成為了一種研究、利用晶體的重要手段。在實驗室中，采用精巧的設(shè)備，嚴格設(shè)定晶體生長所需的溫度、氣氛和組分等條件，生長出符合要求的高質(zhì)量晶體，這種晶體就叫人工晶體。

　　隨著研究技術(shù)的進步，科學(xué)家開發(fā)生長出了越來越多的人工晶體，從極其難生長的金剛石晶體到很常見的氯化鈉晶體，都可以在實驗室進行人工制備。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，我們中國人曾在這個領(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出來的，種類也很多，從化學(xué)成分來講有氧化物、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，目前的一種共識是宇宙是通過大爆炸形成的，開始時，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的條件，追蹤小粒子的狀況，從而獲得宇宙形成時的信息。利用正負電子對撞機可以人工模擬宇宙剛爆炸時的溫度，但是那些小粒子卻不能通過常規(guī)的科學(xué)手段進行觀察，因此，需要一雙特別的“眼睛”來探測這些高能小粒子。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，閃爍晶體可測量入射粒子的能量和位置，可作為探測高能粒子的“眼睛”。