“光的翻译官”再升级，助力多领域精准探测

你是否有过做 CT 检查的经历？想象一下，当你躺在 CT 检查的仪器上，机器开始转动，射线穿透你的身体，最后电脑屏幕上呈现出清晰的身体内部图像。在这个过程中，有一个“幕后英雄”起着至关重要的作用。它能把看不见的射线，比如 X 光，“翻译”成仪器可以捕捉的可见光信号，让我们得以“看见”身体内部结构，这个关键部件就是“光的翻译官”——闪烁屏。

这位“翻译官”本领十分强大，它不仅在医学影像领域，如 CT、PET 检查中大显身手，还在工业探伤、地质勘探等领域发挥着关键作用。在工业探伤中，它可以检测飞机零件、输油管道的裂缝；在地质勘探中，能帮助寻找石油和矿藏。其核心使命就是将肉眼无法直接捕捉的高能射线携带的信息，准确无误地“翻译”成容易读取的可见光图像。

然而，“翻译官”也遇到了难题，尤其是在快中子成像方面。快中子是一种没有电荷、不易被电磁场干扰的粒子，它具有极强的穿透力，能轻松穿透厚重的金属外壳和高密度的大型设备。与 X 射线相比，快中子更能揭示轻元素，如氢、碳的分布，在探测大型工业设备内部的微小缺陷或复杂材料结构时具有独特优势。

在快中子成像系统中，闪烁屏同样充当着“翻译官”的角色。快中子穿过被检测物体，带着物体内部结构信息撞击到闪烁屏上。闪烁屏里含有氢含量丰富的特殊物质，受到中子撞击后会产生高速运动的质子，也就是反冲质子。这些质子把能量沉积到闪烁屏中的发光中心，最终激发出可见光，这些可见光被相机捕捉后就形成了我们看到的图像。

但传统的快中子闪烁屏大多是由细小的荧光粉末颗粒混合在高分子中制成的。这就好比让光信号在一个充满无数细小障碍物的迷宫里穿行，光线在无数粉末颗粒的边界上来回反射、散射，原本清晰的“信息光”变得支离破碎。这种散射损耗严重影响了快中子成像的效果，导致成像时画面分辨率大幅下降，细节被抹去，很难分辨设备内部的微小裂纹或层次结构。

那么，如何解决这个“模糊”难题呢？如果能让闪烁屏像玻璃一样高透明，内部没有散射颗粒，光线可以畅行无阻，成像自然就清晰了。传统的粉末混合材料显然无法满足这一需求，因此需要全新的材料和结构设计。

中国科学院理化技术研究所的研究团队（孙承华研究员团队等）联合中国原子能研究院贺林峰团队另辟蹊径，他们将目光投向了一类有机 - 无机杂化金属卤化物体系，设计并合成了一种新型快中子闪烁屏——透明玻璃态锰基杂化金属卤化物。

这种新型快中子闪烁屏十分巧妙。首先是“一身兼二职”的单组分设计，它既是富含氢元素的“中子捕手”，也就是有机部分，又是高效的“发光中心”，即锰 - 溴无机单元。传统闪烁屏混合两种材料会产生界面散射，而这种新材料是均质的单相玻璃态，显著降低了内部散射，从而提升了成像清晰度。

其次是“冻结的无序”的玻璃态状态。团队利用“熔融淬冷”工艺，在材料里的分子整齐排列成晶体前就快速冷却固化，将体系定格为均匀且无序的玻璃态。这种材料整体像玻璃一样透明，可见光透过率超过 70%，这意味着光信号可以几乎不受阻碍地直接穿过，散射损耗显著降低。同时，玻璃态制备工艺简单可扩展，能制得大尺寸、可定制形状的闪烁屏，而且材料本身韧性高、耐用性好，适合复杂工业环境。

最后是“翻译”效率高。这种高透玻璃的发光效率（PLQY）超过 85%，能将接收到的中子能量高效地转化为可见光信号，为成像系统提供充足、清晰的光输出。

这种新型透明玻璃闪烁屏在快中子成像应用中的表现令人惊喜。它的空间分辨率达到了 5lp/mm，意味着在 1mm 的宽度上，能清晰分辨出 5 对黑白相间的细线，远高于目前报道的其他快中子闪烁屏，更是将传统商用闪烁屏（分辨率约 2 lp/mm）远远甩在身后。同时，它在快中子下发出的可见光信号强度是相同厚度的传统商用闪烁屏的 3 倍，亮度更高，图像更清晰，成像曝光时间更短，所需中子剂量更低。

“光的翻译官”的升级突破了长期以来快中子成像“模糊”的瓶颈。凭借高透明度与高分辨率，它大幅提升了成像系统的“视力”，让我们能更清晰、精准地洞察大型高密度设备的内部奥秘。

它在未来的应用前景十分广阔。在航空航天高端装备制造与检测领域，可无损检测大型部件等关键设备内部的微小缺陷或装配状态；在先进材料研究方面，在含能设备固体推进剂制造与质检环节，能无损捕捉壳体深处的气泡、微裂纹与脱粘缺陷；在考古与文物保护方面，还能无损探查大型、厚重的文物内部结构或修复痕迹。

研究团队表示，他们将继续优化透明闪烁屏的性能，比如尝试做得更薄、更稳定，探索其在特殊环境下的应用，并进一步研究其发光机制，为设计下一代更强大的“光的翻译官”提供科学基础。未来，我们或许能借助这些不断升级的“透视眼”，更清晰、更深入地洞察物质世界的内部奥秘，推动科技进步，服务国计民生。

策划制作

出品丨科普中国

作者丨孙承华 中国科学院理化技术研究所研究员、中国感光学会理事

监制丨中国科普博览

原标题：《做 CT、工业探测都会用到“光的翻译官”，现在再一次升级！》

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