包含铈和镨活化剂离子的闪烁体组合物以及相关制造方法和制品技术

本申请涉及包含铈和镨活化剂离子的闪烁体组合物以及相关制造方法和制品。具体地提供了一种闪烁体组合物，所述闪烁体组合物包括磷酸镥基质、用于基质材料的铈活化剂离子、镨活化剂离子和其任何反应产物。还描述了使用闪烁体的辐射检测器，检测高能辐射的相关方法。

Scintillator composition containing cerium and praseodymium activating agent ions, and related manufacturing methods and products

The present application relates to scintillator compositions comprising cerium and praseodymium activating agent ions, and related manufacturing methods and products. Specifically provides a scintillator composition, the scintillator composition including phosphate matrix, matrix material for lutetium cerium, praseodymium ion activator activator ions and any of its reaction products. A method of detecting high-energy radiation using a scintillator radiation detector is also described.

【技术实现步骤摘要】
包含铈和镨活化剂离子的闪烁体组合物 以及相关制造方法和制 品
技术介绍
一般意义上，本专利技术涉及电离辐射检测中使用的材料和设备。更具体地，涉及尤其用于在各种条件下检测Y -射线和X-射线的闪烁体 组合物。许多技术可用于检测高能量辐射。闪烁体由于它们的简单性和精 确性而尤其受关注。因此，闪烁体晶体广泛用在特征为能量水平大于 约lkeV的y-射线、X-射线、宇宙射线和粒子用检测器中。可以由这 类晶体制造检测器，其中晶体与光检测装置即光检测器结合。当来自 放射性核素源的光子沖击晶体时，晶体发射光。光检测器产生与接受 的光脉沖数量和它们的强度成比例的电信号。闪烁体晶体普遍用于许 多应用。例子包括医学成像设备，例如正电子发射层析X射线摄影法 (PET)设备；油气工业用测井，和各种数字成像应用。本领域技术人员能够理解，闪烁体的组成对于辐射检测设备的性 能是至关重要的。闪烁体必须响应X-射线和v-射线激发。此外，闪 烁体应具有能增强辐射检测的大量特征。例如，大多数闪烁体材料必 须具有高的光输出、短的衰减时间、减少的余辉、高阻止本领，，和 可接受的能量分辨率。(其它性质也是非常重要的，取决于如何使用 闪烁体，如下面所述)。本领域那些技术人员熟悉所有这些性质。简单地说，光输出，， 是闪烁体在被x-射线或Y射线脉冲激发后发射的可见光的数量。高的 光输出是希望的，因为它能增强辐射检测器将光转变成电脉沖的能 力。(脉冲大小通常指示辐射能量的数量)。术语衰减时间，，指闪烁体发射的光的强度在辐射激发停止时降 低到光强度指定分数所需的时间。对于许多应用，如PET设备，较短 的衰减时间是优选的，因为其能允许Y射线的有效符合计数。因此， 减少了扫描时间，可更有效地使用设备。术语衰减时间指闪烁体发射的光的强度在辐射激发停止时降低到光强度指定分数所需的时间。对于许多应用，如PET设备，较短 的衰减时间是优选的，因为其能允许Y射线的有效符合计数。因此， 减少了扫描时间，可更有效地使用设备。阻止本领(stop power)是材料吸收辐射的能力，有时称为 材料的X-射线吸收或X-射线衰减。阻止本领直接与闪烁体材 料的密度有关。具有高阻止本领的闪烁体材料允许少的辐射或没有辐 射通过，这是有效捕捉辐射的独特优点。辐射检测器的能量分辨率指它区分具有非常类似的能量级的 能量射线(例如Y射线)的能力。在给定能量源的标准辐射发射能量 下进行测量后，能量分辨率通常被记栽为百分率值。较低的能量分辨 率值是非常理想的，因为这通常产生较高质量的辐射检测器。用。例如，数十^来^铊活化的碘化钠(Nal(Tl))被广泛用作闪烁 体。这类晶体相对大且相当昂贵。此外，NaI(Tl)晶体特征在于非常 高的光输出。其它常用闪烁体材料的例子包括锗酸铋(BGO)、铈掺杂的正硅酸 钆(GS0)和铈掺杂的正硅酸镥(LS0)。这些材料中的每一种都具有 非常适合某些应用的一些良好性质。熟悉闪烁体技术的人都了解，所有常规材料都具有一种或多种缺 陷，连同它们的属性。例如，铊活化的碘化钠为非常软的吸湿材料， 容易吸收氧和水分。此外，这类材料产生大的持续性余辉，这会影响 强度计量系统。另外，NaI(Tl)的衰减时间约230纳秒，对于许多应 用来说太低。考虑到健康和环境问题，铊组分还要求专门的处理过程。另 一方面，BG0不吸湿。但是，这种材料的光输出(Nal (n)的15% ) 对于许多应用来说太低。材料还具有緩慢的衰减时间。此外，它具有 高折射率，这会由于内部反射产生光损失，因此，如果新的闪烁体材料能满足商业和工业用途不断增加的需 求，则显然它们在本领域中非常受欢迎。材料应表现出优异的光输出 以及相对快的延迟时间。它们还应具有良好的能量分辨率特征，尤其 在Y射线的情况下。此外，新的闪烁体应能被容易地转变成单晶材料 或其它透明固体实体。此外，它们应能以合理的成本和可接受的晶体 尺寸被有效地生产。闪烁体还应与各种高能量辐射检测器相容。确定多种活化剂离子在闪烁体组合物主基质中协同作用的最有利条件的 方法也是相当引人关注。专利技术简述本专利技术的一种实施方案涉及闪烁体组合物。组合物包括磷酸镥 基质；用于基质的铈活化剂离子和镨活化剂离子；和它们的任何反应 产物。本专利技术的另一种实施方案涉及用于检测高能量辐射的辐射检测 器。检测器包括包含下述组合物和其任何反应产物的晶体闪烁体。组 合物包括磷酸镥以及铈和镨活化剂离子的组合。检测器还包括光学结 合到闪烁体上的光检测器，以便能产生响应闪烁体产生的光脉冲发射 的电信号。本专利技术的又一种实施方案涉及利用闪烁检测器检测高能量辐射的 方法。该方法包括由铈和镨活化的磷酸镥基闪烁体晶体接受辐射，以 便产生表示辐射特征的光子。该方法还包括利用结合到闪烁体晶体上 的光子检测器检测光子。本专利技术的另一种实施方案涉及制备活化的磷酸镥基闪烁体晶体的 方法。闪烁体晶体包括磷酸镥基基质材料和用于基质材料的铈和镨活 化剂的组合。该方法包括按照满足闪烁体晶体化学计量要求的比例提 供至少一种含镥反应物、至少一种含活化剂的反应物和至少一种含磷 酸盐的反应物。该方法还包括在足以形成熔化组合物的温度下熔化 反应物；和由熔化的组合物结晶晶体。本专利技术的另 一种实施方案涉及确定在闪烁体组合物主基质存在时 镨离子激发铈离子发光的条件的方法。方法包括步骤确定镨离子是 否被结合到主基质中使得镨离子的基态位于铈的禁带宽度内，确定镨 离子是否被4f'5d'到4尸跃迁所控制，和确定铈离子的发射带不与镨 离子的4f2激发态重叠。附图简述附图说明图1为铈活化剂离子和镨活化剂离子的能带图专利技术详述如上所述，本专利技术包括用于闪烁体组合物的磷酸镥基质材料，闪 烁体组合物还包括铈和镨活化剂离子的组合。活化剂离子可为固溶体 的形式。本文使用的术语固溶体，，指固态晶体形式的氧化物的混合 物，其可包括单个相或多个相。(本领域技术人员能认识到，在晶体 形成后在晶体内可能发生相变，例如，在后续处理步骤如烧结或致密 化后)。磷酸镥基质材料中的一部分镥可被一种或多种其它镧系元素取 代。其它镧系元素可为稀土元素即镧、钇、釓、镥、钪、镨、钕、钐、 铕、轧、铽、镝、钬、铒、铥和镱中的任何一种。两种或多种镧系元 素的混合物也是可以的。对于本专利技术，钇也被认为是镧系元素族的一 部分。(本领域技术人员能认识到，钇与稀土元素族紧密相关)。优 选的镧系元素选自镧、钇、轧、 一阮、铽和它们的混合物。在一些实施方案中，被其它镧系元素取代的镥的数量不超过基质材料总数量的约20mol%。在其它实施方案中，被其它镧系元素取代的 镥的数量在约10齢1%至约20molW的范围内。在这些实施方案中，该 部分镥可被单一镧系元素或两种或多种镧系元素的组合取代。在典型 实施方案中，在10mol。/。的镥被钇取代时，闪烁体組合物可用 (LuQ.9。Y。,1。)Ce，Pr表示，其中铈和镨为活化剂离子。闪烁体组合物中存在的活化剂离子的数量将取决于各种因素，如 使用的基质材料、所需的发射性质和衰减时间和结合闪烁体的检测设 备类型。通常，基于活化剂离子和磷酸镥基质材料的总摩尔数，以在 约0. lmo/。至约20mol。/。的范围内的水平使用活化剂离子。在许多优选 实施方案中，铈和镨活化剂离子的总数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闪烁体组合物，包括以下和它们的任何反应产物：　（ａ）磷酸镥基质；　（ｂ）用于基质的铈活化剂离子；和　（ｃ）用于基质的镨活化剂离子。

【技术特征摘要】
1.一种闪烁体组合物，包括以下和它们的任何反应产物(a)磷酸镥基质；(b)用于基质的铈活化剂离子；和(c)用于基质的镨活化剂离子。2. 权利要求1的闪烁体组合物，其中一部分镥被选自镧、钇、轧、 钪、铽和它们的混合物中的一种或多种其它镧系元素取代。3. 权利要求2的闪烁体组合物，其中被一种或多种其它镧系元素 取代的镥的数量不超过约20mor/。。4. 权利要求1的闪烁体组合物，其中铈对镨的摩尔比在约99:1 至约90: 10的范围内。5. 权利要求1的闪烁体组合物，其中镨的存在范围为约0. 5mol% 至约5mol%。6. 权利要求1的闪烁体组合物，其中铈的存在范围为约lmoP/a至 约lOmcd7. —种用于检测高能辐射的辐射检测器，包括(A)包括以下组合物和其任4可反应产物的晶体闪烁体 (a )磷酸镥(b)铈和镨活化剂离子的组合； (B )光学连接到闪烁体的光检测器，以便能产生响应闪烁体产生 的光脉沖发射的电信号。8. —种利用闪烁检测器检测高能量辐射的方法，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：AM斯里瓦斯塔瓦，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]