[发明专利]一种阴离子掺杂石榴石闪烁体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种阴离子掺杂石榴石闪烁体及其制备方法与应用，该阴离子掺杂石榴石闪烁体的化学式为：(RE_1‑a‑bA_aB_b)₃(C_1‑dD_d)₅(O_1‑neE_e)₁₂，式中0＜a≤0.05，0≤b≤0.05，0≤d≤1，0＜e≤0.1，n=0.5或1.5；E离子取代O离子格位；所述RE选自镧La、钆Gd、镥Lu、钇Y中至少一种；所述E选自氟F、氯Cl、氮N中至少一种。

技术领域

本发明涉及一种阴离子掺杂石榴石闪烁体(或称阴离子掺杂石榴石闪烁材料)及其制备方法和应用，属于闪烁材料技术领域。

背景技术

无机闪烁体是一种将高能射线(X射线，γ射线)或高能粒子(α粒子、β粒子等)转换为紫外-可见光的能量转化介质。采用无机闪烁晶体做成的探测器已被广泛应用于高能物理、核医学成像(XCT、PET)、安全检查、无损探伤、地质勘探、环境监测等领域。随着核医学成像及相关技术的快速发展，需要性能更高的闪烁晶体，目前市场上的NaI(Tl)、BGO、PWO等闪烁晶体已经无法满足应用要求，新一代的铝酸盐晶体由于其高光输出、快衰减等特性，逐渐成为研究热点。

石榴石结构属于立方晶系，对称性最高，且密度较大。以稀土离子Ce³⁺作为激活剂，利用Ce³⁺的5d→4f宇称允许跃迁来获得快衰减发光，如：YAG:Ce、LuAG:Ce、GAGG:Ce等是出现的一批新型闪烁材料，尤其GAGG:Ce成为研究的热点。为了更准确地探测高能射线，研究人员提出了飞行时间(TOF)技术，具有快衰减时间和高光产额的闪烁体是提供精确TOF信息的关键。

离子间离子半径的差异导致晶体晶格常数变化以及离子的无序分布，通过晶体组分调节，晶体场可以得到微调。目前对于Ce离子掺杂的石榴石闪烁体系，相关文献聚焦于共掺杂离子优化晶体的闪烁性能。专利1(CN106048725A)公开了硅镱离子共掺YAG超快闪烁晶体及其制备方法，镱离子取代钇离子格位，硅离子取代铝离子格位，所制备的硅和镱离子共掺的YAG晶体具有衰减时间快、抗辐照损伤强等优点，但光产额仅有2800ph/MeV。专利2(CN108218417A)涉及化学式(Lu_1-x-yCe_xMe_y)₃Al₅O₁₂，所述Me为Ca²⁺、Ba²⁺、Zn²⁺等，其中0＜x≤0.05，0＜y≤0.1；当LuAG:0.3％Ce,0.3％Li，LuAG:0.3％Ce,0.1％Mg衰减时间明显降低。WANG等(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,2016,820:8-13)发现在GYGAG中，调节Gd与Y比例，在(Gd₂Y₁)Ga_2.7Al_2.3O₁₂:1at.％具有最高的闪烁效率。专利3(WO2017059832A1)公开了缩短发光中心的闪烁响应的方法，掺Nd的GAGG:Ce在放射性同位素²²Na的具有511keV光子能量的伽马辐射激发下，衰减时间从91ns加快到54ns，但衰减时间仍然较长。为了满足高能物理以及TOF技术应用等的要求，需要闪烁性能更优的闪烁体。已有的专利基本是研究在各阳离子格位掺杂，但没有探究阴离子掺杂对时间的影响。

发明内容

根据实际应用需要，本发明的目的在于提供一种阴离子掺杂石榴石闪烁材料及其制备方法，更好地满足高能物理探测与粒子辨别、核医学成像(X-CT、TOF-PET)领域应用的需求。