[发明专利]基于镧系元素卤化物的闪烁剂组合物和相关方法及制品

说明书

本申请是以下申请的分案申请：申请日：2007年6月29日；申请号：200710137966X；发明名称：“基于镧系元素卤化物的闪烁剂组合物和相关方法及制品”。

技术领域

本发明一般地涉及发光材料，更具体地涉及尤其适用于在多种条件下检测γ射线和X射线的闪烁剂组合物。

背景技术

闪烁剂能够以非常简单且非常精确的方式用于检测高能辐射。闪烁剂材料通常用作辐射检测器中的组分，其中该检测器用于检测γ射线、X射线、宇宙射线以及特征在于能量水平高于约1keV的粒子。闪烁剂晶体与光检测装置即光检测器耦合。当来自放射性核素的光子撞击该晶体时，该晶体发光。所述光检测器产生与接受到的光脉冲数及其强度成比例的电信号。

已发现闪烁剂可应用于化学、物理、地质和医学应用中。应用的具体例子包括正电子发射断层扫描（PET）设备；油气工业中的测井和多种数字成像应用。还正在研究将闪烁剂用于安全设备的检测器中，例如辐射源检测器，其可以指示货物集装箱中放射性材料的存在。

闪烁剂的组成对于所有这些应用中的设备性能非常关键。闪烁剂必须能对X射线和γ射线激发作出响应。而且，闪烁剂应该具有增强辐射检测的许多特性。例如，大多数闪烁剂材料必须具有高的光输出、短的衰减时间、高的“阻止能力（stopping power）”和可接受的能量分辨率。（如下所述，其它的性能也是非常重要的，这取决于如何使用闪烁剂。）

在这些年中各种具有大多数或所有这些性能的闪烁剂材料已经得到应用。例子包括铊活化的碘化钠（NaI(Tl)）；锗酸铋（BGO）；铈掺杂的原硅酸钆（GSO）；铈掺杂的原硅酸镥（LSO）；以及铈活化的镧系元素卤化物化合物。这些材料中的每一种都具有非常适合某些应用的性能。然而，它们中的多数也都具有一些不足。普遍的问题是低的光输出、物理性能差，以及无法生产出大尺寸、高品质的单晶。还存在其它的缺点。例如，铊活化的材料非常吸湿，并且还能够产生大且持久的余辉，这会干扰闪烁剂的功能。此外，BGO材料常具有慢的衰减时间。另一方面，LSO材料很贵，且也可能含有放射性的镥同位素，这也会干扰闪烁剂的功能。

通常，有兴趣获得用于辐射检测器的最佳闪烁剂组合物的那些人可以考察上述的各种属性，并因此选择用于特殊设备中的最佳组合物。（例如，用于测井应用的闪烁剂组合物必须能在高温下运行，而用于PET设备的闪烁剂则常常必须显示出高的阻止能力）。然而，随着所有辐射检测器复杂性和多样性的增加，所需的大多数闪烁剂的整体性能水平也在持续增加。

例如，在测井应用中，闪烁剂晶体必须能在非常高的温度以及在恶劣的冲击和振动条件下运行。因此闪烁剂材料应该具有最大化的先前所讨论性能的组合，例如，高的光输出和能量分辨率。（闪烁剂也必须足够小，以被封装入适用于非常有限的空间的包装中）。随着钻探在更大的深度进行，可接受的性能阈值已被显著提高。例如，随着钻探深度的增加，常规闪烁剂晶体产生具有高分辨率的强光输出的性能会受到严重损害。

显然，如果能够满足不断增加的商业和工业使用要求，那么新的闪烁剂材料将引起极大的关注。这种材料应该展现出优异的光输出。它们也应该具有一种或多种其它所需的特性，例如相对快的衰减时间和良好的能量分辨率特性，尤其是在γ射线的情况下。此外，它们应该能够以合理的成本和可接受的晶体尺寸有效地进行生产。

因此，存在对于改进的闪烁剂材料的需求，该闪烁剂能够克服上述一种或多种问题。

发明内容

本发明的一个实施方案涉及闪烁剂组合物，其包括以下组分以及它们的任何反应产物：

（a）基质材料，包括：

  （i）至少一种镧系元素卤化物；和

   至少一种碱金属；和

（b）用于所述基质材料的活化剂，包括镨。

另一个实施方案涉及闪烁剂组合物，其包括以下组分以及它们的任何反应产物：

（a）基质材料，包括：

  （i）至少一种镧系元素卤化物；和

（b）用于所述基质材料的活化剂，包括镨。

另一个实施方案涉及用于检测高能辐射的辐射检测器。该辐射检测器含有晶体闪烁剂。该闪烁剂材料包括上述的基质材料，以及其任何反应产物。该闪烁剂进一步包括用于该基质材料的活化剂，包括镨。

该辐射检测器还包括光检测器。该光检测器与该闪烁剂光学耦合，从而能够响应闪烁剂产生的光脉冲发射产生电信号。

再一个实施方案涉及利用闪烁检测器检测高能辐射的方法。该方法包括下述步骤：