[发明专利]闪烁体组合物及其制备方法

说明书

有关联邦政府资助的研究与开发的声明

本发明是被授予SPAWAR系统的合同号为N66001-05-D-6012的政府资助下完成的。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

[0001]本发明涉及闪烁体组合物及其制备方法。

背景技术

[0002]闪烁晶体(下文为闪烁体)广泛用于高能辐射如γ射线、X射线、宇宙射线和特征为能量水平(energy level)大于或等于约1keV的其它粒子的检测器中。闪烁体与光检测装置例如实例有光电检测器联合使用。当来自放射性核素源的光子冲击闪烁体，该闪烁体发出光。光电检测器产生与所接收到光脉冲数目和它们的强度成比例的电信号。闪烁体通用于许多应用中。实例包括医学成像设备，例如正电子发射断层扫描(PET)仪器；油汽工业的测井和各种数字成像应用。

[0003]闪烁体的组成通常决定了辐射检测装置的性能，闪烁体必须对X射线和γ射线的激发作出响应。而且，闪烁体应该具有许多增强辐射检测的特性。例如，需要大多数闪烁体组合物显示出高的光输出、短的衰变时间、低的余辉、高的“阻止本领”和可接受的的能量分辨率。

[0004]具有大部分或全部这些性能的各种闪烁体已经使用了多年。例如，铊激活的碘化钠(NaI(Tl))作为闪烁体已经广泛使用了数十年。这类闪烁体相对个大且相当便宜。而且，NaI(Tl)闪烁体的特征是非常高的光输出。

[0005]其它常用闪烁体组合物的实例包括锗酸铋(BGO)、铈掺杂正硅酸钆(GSO)和铈掺杂正硅酸镥(LSO)。这些材料中的每一种都具有一些非常适合某些应用的优良性能。然而，如下文所述，可惜这些材料也具有一些缺陷。

[0006]例如，铊激活的碘化钠是非常柔软、吸湿性的闪烁体，容易吸收氧和湿气。而且，这种闪烁体产生大而持久的余辉，会干扰强度计数系统。此外，NaI(Tl)的衰变时间为约230纳秒，对许多应用来说是太慢了。

[0007]另一方面，BGO是非吸湿性的。但是该闪烁体的光输出(NaI(Tl)的15％)对许多应用来说太低。该闪烁体也具有慢的衰变时间，此外，它也具有高的折射率，由于内部反射而导致光损失。

[0008]虽然GSO闪烁晶体适用于一些应用，但它们的光输出仅约为NaI(Tl)所获得的光输出的20％。而且，这些闪烁晶体很容易裂开，因此将这些晶体切割并抛光成任何特定的形状而不必冒着使整个闪烁晶体断裂的风险是非常困难的。

[0009]LSO闪烁体也显示出一些缺点。例如，这种闪烁体的镥元素包含少量天然的、长衰变的放射性同位素Lu176。该同位素的存在将提供可大大干扰应用高灵敏度检测器的本底计数率。而且，镥非常昂贵并具有较高的熔点，有时可使加工困难。

[0010]考虑到这些缺陷，人们希望具有新的闪烁材料，其可以用作高效的发光体，并可以显示出高效的γ射线衰减以及具有合理的能量分辨率。

发明内容

[0011]本文公开了一种组合物，该组合物包含以下物质的反应产物：卤化铈和/或卤化镨与具有式(I)的前闪烁体(pre-scintillator)组合物

A₂LnX₅                        (I)

其中A包括铊、IA族元素的离子或者含有至少一种前述离子的组合，Ln包括镧系稀土元素和铋的离子，X包括卤素；或者卤化铈和/或卤化镨与含具有式(II)的钾冰晶石化合物的前闪烁体组合物

C₂DLnX₆                      (II)

其中C包括铊、IA族元素的离子或者含有至少一种前述离子的组合，D包括铊、IA族元素的离子或者含有至少一种前述离子的组合；Ln包括镧系稀土元素和铋的离子，X包括卤素；或者卤化铈和/或卤化镨与具有式(III)的前闪烁体组合物

ELnFX₅                       (III)

其中E包括铯、铷、铊的离子或者含有至少一种前述离子的组合，F包括铊、IA族元素的离子或者含有至少一种前述离子的组合，Ln包括镧系稀土元素和铋的离子，X包括卤素。

[0012]本文公开了一种包含固溶体的组合物，该固溶体包含式(IV)的闪烁体组合物，