[发明专利]一种稀土掺杂石榴石结构闪烁体

说明书

一种稀土掺杂石榴石结构闪烁体，该闪烁体的化学组成通式为RE_r(A_aB_b)_3‑r(C_cD_d)₅O₁₂，其中，通式中0.0001r0.3，0.001a0.3，0.7b0.999，且a+b=1；0c1，0d1，且c+d=1；该通式中，稀土元素RE选自Ce、La、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的一种或组合；A选自Mg、Ca、Sr、Ba、Zn中的一种或组合；B选自Cr、Mn、Gd、Y、Lu、Tb中的一种或组合；C选自Al、Cr、Nb、Li中的一种或组合，D选自In、Sc、Ga、Fe、V中的一种或组合。根据本发明另一方面，具体说明了制备稀土掺杂石榴石结构闪烁体的方法。包括通过对原料进行两次气氛煅烧之后，原料反应充分，使该稀土掺杂石榴石结构闪烁体具有稳定的化学计量比，以及通过控制温度变化来使该稀土掺杂石榴石结构闪烁体具有少的内部缺陷，提高闪烁体性能。

技术领域。

本发明涉及一种稀土掺杂石榴石结构的闪烁体且该闪烁体为块体单晶。它可用于医疗CT、PET及安全检查等电离辐射探测领域中。

背景技术。

在X射线计算机断层装置(Computed Tomography, CT)和正电子放射断层摄影(Positron Emission Tomography, PET)等医疗影像设备中，放射性探测器与电子设备相连接，电子设备将放射性探测器输出的电脉冲转换为相应的图像信息，用于疾病的诊断。其中，由闪烁体和光探测器组成的放射性探测器起着重要作用。放射性探测器可以对α射线、β射线、γ射线、X射线等高能射线做出响应，当放射性探测器探测高能射线时，探测器中的闪烁体通过接受高能粒子可以产生闪烁脉冲光。当闪烁体为块体单晶时，可以有效减少闪烁脉冲光损耗。探测器中的光探测器探测到闪烁脉冲光的产生，能够将光信号转换为相应的电信号，输出电脉冲。

放射性探测器中，高能粒子射入闪烁体，后者输出相应的光信号，在探测器中起主要作用。但是，应用于探测器中的闪烁体受到整个探测系统的诸多约束，包括所探测高能粒子的种类、探测器内光探测器的种类等。在探测γ光子时，需要通过对光脉冲求积分来确定每个γ光子的能量。为了提高探测的准确性，需要探测器内的闪烁体具有高的光输出以及短的衰减时间。高的光输出有利于减小探测器内部噪音对测试结果的影响，短的衰减时间有利于减少堆积造成的影响。堆积效应指的是，当γ光子产生的闪烁脉冲光在时间上与先前γ光子产生的闪烁脉冲光重叠。堆积效应的产生，会降低探测器的分辨率，包括时间分辨率和能量分辨率。

在探测器中，将闪烁体产生的光信号转换为电信号的光探测器主要包括光电二极管(PD)、硅光电倍增管(Si-PM)以及光电倍增管(PMT)等。以硅半导体构成的Si-PM为例，它在波长为450-700 nm范围内，具有高的灵敏度，其中，在波长600 nm附近的灵敏度最高。因此，当峰值发射波长在600 nm附近的闪烁体与硅半导体构成的Si-PM组合使用时，探测器探测效果最佳。为了提高探测器的探测效率，需要闪烁体的发光波长与光探测器灵敏度高的波长范围相一致。

闪烁体通常由基质材料和激活剂组成。闪烁体在高能粒子作用下发光方式可以分为两类：本征发光和激活中心发光。闪烁体的两种发光方式从本质上讲，都是发光中心受到激发之后，从激发态到基态能级跃迁的结果。因此，当闪烁体内发光中心不同或基质材料组分结构变化时，激活剂能级跃迁能力也不尽相同。在激活剂能级跃迁能力不同的情况下，闪烁体发光波长也会产生差异。

对于稀土掺杂石榴石结构闪烁体来说，基质材料为石榴石结构，它是正四面体(D格位)与正八面体(C格位)在空间通过顶角氧离子的互相连接以及它们所形成的畸变十二面体(A/B格位)，如图1所示。激活剂为掺杂稀土离子，激活剂也起到发光中心的作用。在石榴石结构闪烁体中，掺杂稀土离子取代石榴石结构闪烁体中B格位离子。