做 CT、工业探测都会用到“光的翻译官”，现在再一次升级！

（来源：科普中国）

转自：科普中国

你做过 CT 检查吗？想象一下你去医院做 CT 检查，机器转动，射线穿透你的身体，最终在电脑上形成清晰的内部图像。

而这个过程中，有一个默默无闻却至关重要的“幕后英雄”——它能把看不见的射线（如 X 光）“翻译”成仪器可以捕捉的可见光信号，从而让我们“看见”其内部结构。这个关键部件就是“光的翻译官”——闪烁屏。

《自然 通讯》）

这位“翻译官”本领很大，不仅在医学影像（如 CT、PET）中大显身手，也在工业探伤——比如检测飞机零件、输油管道裂缝，以及地质勘探寻找石油和矿藏等领域发挥着关键作用。它的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”成易读取的可见光图像。

“翻译官”遇上难题：

快中子成像的模糊困扰

在众多亟待“翻译”的辐射类型中，快中子可谓是“硬核代表”。它没有电荷，不易被电磁场干扰，却拥有极其强大的穿透力，能够轻松穿透厚重的金属外壳，甚至高密度的大型设备。与 X 射线相比，快中子更能揭示轻元素（如氢、碳）的分布，因此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备独特优势。

在快中子成像系统中，闪烁屏同样充当“翻译官”的角色。快中子穿过被检测物体，携带着物体内部结构信息，撞击到闪烁屏上。闪烁屏里的特殊物质（通常是氢含量丰富的）受到中子撞击后，会产生高速运动的质子（反冲质子），这些质子再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，就形成了我们看到的图像。

但是，问题来了！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”被搅得支离破碎。这样的散射损耗，严重束缚了快中子成像这双“透视眼”的真正实力，导致成像时画面分辨率大幅下降，细节被抹去，很难分辨设备内部微小裂纹或层次结构。

快中子成像系统装置示意图。快中子穿过被测样品和屏蔽层，辐射到闪烁屏上激发其发光，然后通过CCD接收图像信息。（图片来源：《自然 通讯》）

打造透明“玻璃翻译官”，

给快中子射线戴上“高清眼镜”

如何解决这个“模糊”难题？如果能让闪烁屏像玻璃一样高透明，内部不再充斥着散射颗粒，光线在里面畅行无阻，没有来回碰壁，如此一来，成像自然就清晰了！传统的粉末混合材料显然不行，我们需要全新的材料和结构设计。

来自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，将目光投向了一类有机-无机杂化金属卤化物体系。他们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。

中国科学院理化技术研究所研究团队）

这种新型快中子闪烁屏十分巧妙：

一是“一身兼二职”的单组分设计：它既是富含氢元素的“中子捕手”（有机部分），又是高效的“发光中心”（锰-溴无机单元）。传统闪烁屏混合两种材料，必然产生界面散射；而这种新材料是均质的单相玻璃态，显著降低了内部散射，从而提升成像清晰度。

二是“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。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。与此同时，玻璃态制备工艺简单可扩展，可制得大尺寸、可定制形状的闪烁屏；材料本身韧性高、耐用性好，适合复杂工业环境。

三是“翻译”效率高：这种高透玻璃的发光效率（PLQY）超过 85%，这意味着它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。

效果如何？清晰度飙升！

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：

分辨率高是最大的突破！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！这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的 3 倍！亮度更高，图像自然更清晰，也意味着成像曝光时间更短、所需中子剂量更低。

未来，让“透视眼”看得更精、更广

“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”，使我们得以更清晰、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同样广阔：

在航空航天高端装备制造与检测领域中，可以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，可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，例如尝试做得更薄、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。