单光子发射计算机断层显像(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)，它是非常类似于常规的核医学平面成像都使用到了伽玛相机，并且它是能够提供真实的三维图像信息。此图像信息通常是病人身体的断层图，且可以根据需要通过操作设定成像位置。

该技术需要先将能够放射伽马射线的放射性同位素注射到病人体内，放射性同位素通常是通过钨合金辐射注射器注射到人体的血液中，γ照相机探头的每个灵敏点探测沿一条投影线(Ray)进来的γ光子，其测量值代表人体在该投影线上的放射性之和。在同一条直线上的灵敏点可探测人体一个断层上的放射性药 物，它们的输出称作该断层的一维投影(Projection)。图中各条投影线都垂直于探测器并互相平行，故称之为平行束，探测器的法线与 X轴的交角θ称为观测角(View)。

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鉴于钨合金材料高密度，高辐射屏蔽性及无毒环保的优势，钨合金屏蔽件常被应用于制造γ照相机作为单光子发射计算机断层成像的重要部件，钨合金材料也常用于制造提取辐射注射器在单光子发射计算机断层成像中使用。

单光子发射计算机断层成像屏蔽件是伽玛相机(SPECT)的重要组件，可应用于3D成像，例如伽玛射线肿瘤显像、 白细胞感染成像、 甲状腺显像或骨显像。单光子发射计算机断层显像可以在3D空间中的准确定位病灶，单光子发射计算机断层成像屏蔽件可以用于单个内部器官的成像，如功能性心 脏或脑成像技术有关的信息。

钨合金屏蔽件也可应用于提取辐射注射器在单光子发射计算机断层成像中使用。提取屏蔽注射器上有一个2mm厚的钨合金部件。注射器提取放射性药剂时，该部件 可以保护手臂免遭辐射。当药剂注射到人体内时，钨合金部件可以拆卸掉。 9mm厚5.2g/cc的钨合金屏蔽件可提供最大的防护，而且拆卸十分简单。屏蔽件上有一旋钮，可将屏蔽件与注射器牢牢地固定住。

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钨聚合物也被称为钨树脂，是树脂材料的一种，钨聚合钨的制造技术是通过各种树脂与钨粉混合在一起的一种特殊的冶金技术。钨聚合物中，钨颗粒的体积占 60%，重量占96%。钨聚合物的种类包括丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚亚安酯（PU）、聚酰胺（PA）、 聚丙烯（PP）、热塑性弹性材料（TPE）。钨聚合物的以下优秀性能，使其成为制造屏蔽件的首选材料。

钨聚合物性能如下：
高密度（密度不小于11.34 g/cm^3）
优秀的辐射屏蔽性能
很好的延展性，及强可塑性
无毒环保
耐腐蚀性
对化学制品药剂有强耐受性
难溶于水
可直接接触皮肤，加工过程没有危害

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对英国政府来说，钨飞镖运动是应用数学的一个分支。举行世界职业飞镖锦标赛期间，政府就号召人们通过练习钨飞镖来提高自己的算术能力。

英国延续教育事务官员赛恩.西蒙说，英国有680万成人的基本算术不行，政府正考虑如何将飞镖融入到给成人提供的免费算术课程当中。西蒙说：“不懂数学就没法玩飞镖，飞镖要玩得好算术能力就必须好，我们希望这种方式能促使人们提高算术能力。”

数学成分

前飞镖冠军波比.乔治也赞成这种做法。他说：“钨飞镖运动包含33%的算术，如果你不能计算，你就肯定不能取胜。”

最流行的钨合金飞镖比赛规则是501记分制，它得名于比赛总是从501分开始，每轮的得分从总分减去，首先恰好减至0分者获胜。更加困难的是，选手结束比赛的那支镖必须打在镖盘的两倍区内。例如，如果还剩下59分，那么投镖手就需要打中一个19分，然后以击中20分的两倍区结束。

前世界冠军乔治说：“如果你弄错了，这时候就需要重新计算。如果你首先打中的是七分的两倍区，这样你就需要打中一个13分的单分区，最后以16分的两倍区结束。”

提高兴趣

乔治认为，钨飞镖确实能有效地提高人们的算数能力，而且更加有趣。

“过去20年我常到学校去，发现学生们都喜欢这一游戏，他们能很快地学习计算，比起从黑板上学习快多了。”除了计算，飞镖还能锻炼几何、物理和代数的能力。巴斯大学的肯.布雷博士说：

“飞镖手们或许没有意识到，他们还在上百种投掷的组合中进行几何和物理的计算。”布雷说，投手们需要完全静止，同时要控制钨飞镖的速度、角度和旋转，如果一个角度偏出1/10就会偏出一个三倍区。

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钨合金镖身比重高，空气动力效果好，而且经久耐用。相同重量的飞镖，钨合金镖的体积会比其他材质的飞镖小很多，投掷稳定性较高。

钨合金飞镖从镖身的形状上可以大致分为以下三种类型：

（1）直筒型钨合金飞镖—重量平均分布在镖身上，目前使用此种类型的选手较多，尤为国内选手的最佳首选。

（2）酒筒型钨合金飞镖—重量主要集中在镖的中央部分，比较符合手的生理结构。

（3）鱼雷型钨合金飞镖—也被形象地称作大头镖，它的重心在镖身的前半部，投掷手感好。

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Zn_xCa_(1-x)WO₄多晶制备方法的选择 

目前对于稀土发光材料，其基质成分主要包括玻璃盐体系，晶体材料及纳米材料。常用的制备方法有高温固相反应法、燃烧法、沉淀法、水热法等。

该实验所采用的原料为ZnO、CaO、WO₃及稀土氧化物粉末，经研磨后可达到细小颗粒，且样品需要多批次重复制备。因此选用实验重复性好，引入杂质较少的高温固相反应法。首先各物质按化学计量比进行称量，然后在研钵中充分研磨4小时使其混合均匀，再进行压片处理，最后进行高温合成，所得样品即为Zn_xCa_(1-x)WO₄多晶。工艺流程如图所示。



 

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1 实验药品 

本实验所需药品及原料如表2-1所示。

2 仪器设备 

本实验所需仪器设备如表2-2所示。



 

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该课题选用声子能量低且结构相对稳定的Zn_0.1Ca_0.9WO₄多晶作为上转换基质材料，以Ho³⁺、Tm³⁺离子作为激活剂，Yb³⁺离子为敏化剂，分别合成Ho³⁺/Yb³⁺、Tm³⁺/Yb³⁺双掺及Ho³⁺/ Tm³⁺/Yb³⁺三掺样品。通过980nm二极管激光器的激发，研究稀土离子的浓度变化对上转换发光强度及光强比的影响，并对发光机理进行分析。具体研究内容如下： 

（1）钨酸钙锌多晶工艺参数的确定及结构表征：采用高温固相法制备一系列不同Zn²⁺离子浓度的Zn_xCa(1-x)WO₄：Ho³⁺/ Tm³⁺/Yb³⁺ 多晶，通过上转换发光及XRD测试确定最佳锌钙比作为本实验的基质材料；在不同烧结温度和烧结时间下对样品进行烧结，通过上转换发光及XDR测试确定最佳制备工艺。利用紫外可见吸收光谱及XRD测试对稀土双掺样品进行结构表征，研究其掺杂规律。 

（2）稀土双掺Zn_0.1Ca_0.9WO₄多晶上转换发光性能研究：利用高温固相法制备了不同Ho³⁺离子浓度的Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶，不同Yb³⁺离子浓度的Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Tm³⁺/Yb³⁺多晶。分别对其进行上转换稳态发射光谱、荧光寿命及功率曲线测试，研究稀土离子浓度对发光强度的影响，通过功率曲线分析其发光机理。 

（3）Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/ Tm³⁺/Yb³⁺ 多晶上转换白光性能研究：在稀土双掺样品分析的基础上进行Ho³⁺/ Tm³⁺/Yb³⁺ 三掺，通过无相互作用正交实验确定掺杂浓度。研究稀土离子浓度及泵浦功率的变化对蓝绿红三色光发光强度的影响。调整稀土离子的掺杂浓度及泵浦功率，最终实现上转换白光输出。通过功率曲线测试分析Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/ Tm³⁺/Yb³⁺ 多晶上转换发光机理。

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以下为稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上转换性能研究中上转换发光的国内外研究现状。

随着激光技术的迅猛发展，上转换发光也越来越受到人们的关注。自从上世纪60年代上转换发光首次报到以来，各式各样的上转换发光材料不断涌现。上转换发光是指在近红外或红外光的照射下，稀土离子吸收能量发生能级跃迁从而发射出特定波长的可见光。上转换发光强度与激活离子、敏化离子浓度和基质材料种类有关。虽然稀土离子为发光主体，但基质材料所提供的晶体场环境会对稀土离子的能级跃迁和发光强度产生影响。此外，基质材料的声子能量也会影响上转换效率，一般认为氯化物声子能量较高，氟化物次之，氧化物最小。但是氧化物不稳定，氟化物稳定性最好，二者相互矛盾。因此不断寻找上转换效率高且结构稳定的基质材料已经成为学者们研究的热点。 

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以下为稀土掺杂钨酸钙多晶粉的制备及其上装换性能研究中上转换发光机理的光子雪崩过程的分析。

光子雪崩过程是指随着泵浦功率不断增大，稀土离子发光中心会在某一中间能级出现大量电子布局，电子呈雪崩式增加，最后达到饱和状态。光子雪崩过程简单示意图如图1所示，电子通过光子雪崩在2能级上不断聚集，呈雪崩式增加，直到饱和。 

以Pr³⁺：LaCl₃为例，在泵浦光源的连续激发下，Pr³⁺离子形成³H₅→³P₁能级之间的激发态吸收跃迁，在激发密度较低时这个吸收过程非常弱。然而，当入射功率超过一定阈值时，Pr³⁺离子的³H₆、³H₄能级和³H₅能级之间发生交叉弛豫过程，就会形成³H₅能级的有效增益，产生从³P₁辐射跃迁导致的荧光。该过程如图1-6所示。



 

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