闪烁材料是一类将高能射线（或粒子）转换为可见（或紫外）光的材料。随着医学成像技术的不断发展和大型量能器等大物理工程的规划与提出，对闪烁材料提出更高的要求:高光产额、快衰减时间、高密度、高有效原子序数以及抗辐照性能好。新型闪烁材料的研究于开发迫在眉睫。　　以Y3Al5O12(YAG)和Lu3Al5O12(LuAG)为主的石榴石结构材料，因其优良的综合闪烁性能是一类常用的发光基质材料。其中，LuAG∶Ce闪烁体由于其高密度和有效原子序数是一种非常有前景的闪烁材料。近年来随着光学陶瓷制备技术的不断发展，具有立方晶系的石榴石透明陶瓷闪烁材料LuAG∶Ce受到了广泛的关注。本课题组最近的工作表明，采用碱土金属Mg2+共掺杂制备的LuAG∶Ce陶瓷闪烁体的闪烁性能已经超过LuAG∶Ce单晶闪烁体。尽管性能优异，但是其闪烁机理仍然不明确。特别是其中涉及的“空穴源”起源存在争议。与此同时，国际上关于石榴石中空穴陷阱的研究工作非常有限，也限制了该材料进一步改性。　　本论文针对上述问题，采用第一性原理计算、电子顺磁共振(ESR)和热释光(TSL)相结合的手段对LuAG∶Ce陶瓷闪烁体中点缺陷（特别是空穴陷阱）进行系统地研究。揭示了LuAG∶Ce中这些点缺陷的存在形式、含量、热力学参数以及它们对材料闪烁性能的影响。为自主研发新型陶瓷闪烁体提供可靠的理论基础。本论文主要分以下四个部分。　　本论文第一部分为全文重点，阐述了采用第一性原理方法对LuAG∶Ce陶瓷闪烁体中缺陷进行计算的结果。首先，从LuAG∶Ce单晶闪烁体中最常见的电子陷阱缺陷反位缺陷入手，研究了LuAG∶Ce陶瓷闪烁中这种缺陷的存在形式。采用第一性原理方法证实LuAG中最可能出现的反位缺陷为LuAl,16a，其浓度不仅与温度有关，与Lu/Al比等制备条件相关。针对Mg2+掺杂机制研究，采用第一性原理计算了Mg掺杂LuAG体系材料的电子结构。发现Mg虽然不能在禁带产生能级，但是可以引入一个小极化子O-心。这个受Mg'Lu扰动产生的空穴陷阱陷阱深度高达1 eV，将稳定存在材料中。该工作证实LuAG∶Ce，Mg中空穴陷阱起源于O-心而不是Mg'Lu。最后，讨论了O-心在材料中的双重作用。　　传统手段对上述缺陷无法进行有效精确的表征，本论文第二部分，我们引入了先进的低温TSL和低温ESR等技术手段验证上述理论工作。针对电子陷阱缺陷，分别采用XRD精修晶格常数和低温ESR方法研究不同Lu2O3过量LuAG∶Ce陶瓷闪烁体中反位缺陷的情况。针对空穴陷阱缺陷，研究了LuAG∶ Ce，Mg陶瓷闪烁体中空穴陷阱的存在形式。低温ESR实验证实，材料中存在受Mg'Lu扰动产生的σ型O-心。结合该材料的低温TSL实验发现，材料中以反位缺陷为主的电子陷阱缺陷和O-心空穴陷阱缺陷存在相互作用关系。因此，这些O-心作为非辐射复合中心与Ce3+离子竞争电子捕获，从而影响材料闪烁性能。　　本论文第三部分进行了LuAG∶Ce，Mg陶瓷闪烁体平板探测器成像实验。在透明闪烁陶瓷的加工中引入先进的激光切割技术，将闪烁透明陶瓷表面刻蚀成50μm×50μm间距10μm的矩形阵列。对该闪烁体矩阵进行X射线平板探测器成像实验，分别采用铅线对卡法和刀口法对陶瓷闪烁探测器的X射线成像质量进行表征。说明了闪烁陶瓷在平板探测器上应用的可能性。　　本论文最后一部分根据上述理论和实验工作的结果，指导新型石榴石陶瓷闪烁体的性能优化研究工作。采用固相反应法，制备(Gd，Y)AG∶Ce陶瓷闪烁光产额超过BGO，主衰减时间达64 ns。深入研究发现由于材料Gd3+向Ce3+离子存在能量传递，导致材料中存在一个微秒级的慢分量，影响材料的闪烁性能。采用共沉淀工艺结合热压烧结技术，通过控制沉淀工艺，成功制备了Gd3(Ga，Al)5O12∶Ce陶瓷闪烁体，光产额达BGO的2倍。该工作证实“能带工程”理论的结论符合较好，从而证明了该理论在陶瓷研究中的适用性。