[发明专利]基于碘化铯的闪烁材料及其制备方法

说明书

本发明涉及掺杂单晶生长的领域且能用于生产在原子核、空间、地理的研究仪器中，以及在医学和工业计算机层析X射线摄影法中所用的闪烁体。

闪烁体在离子辐射的高能领域和在时间分辨设备中的使用，对单晶在毫秒范围的强度和余辉具有日益增长的要求。这对于掺铊的碘化铯闪烁体(CsI-Tl)来说尤为重要。因为CsI-Tl有一个长波发射区域(λ=550nm)，所以它能确保光电二极管的高光谱的相关系数，从而使CsI-Tl在有关光电二极管中广泛用作闪烁光接收器而引起相当大的兴趣。

近来，由于高度(H)为250到500mm棱镜和平截锥体形式的模数探测器的大型装置的γ光谱仪和电磁量热计得到广泛应用。这些单元的主要要求之一是，具有高的闪烁参量，遍及探测器高度的特性的均匀性。最后，大型闪烁晶体必须具有高辐射强度的均匀的径向和轴向活化剂分配。此外，具有均匀活化剂分配和低余辉的大型闪烁晶体对于具有大量(几千个)相同参量的小型闪烁体的的探测系统来说有相当大意义。在其它的情形下，计算机层析X射线摄影法也提出这种要求。

美国专利U．S．P．4341654公开了一种闪烁体材料，它基于由有效闪烁掺杂的最佳量所激活的碱金属碘化物晶体并含有5到1000ppm(按熔融物质计)的吸收剂的每种复合成分，吸收剂包括氧化硼作为一种成分和难溶且活化的二氧化硅作为另一种成分。

这种材料的制备方法包括熔化含原材料的碘化铯，在所述原材料中加入活化添加剂铊或碘化钠并另外加入氧化硼和二氧化硅，每种含量为5到1000ppm(重量)，熔体过热一段时间以便氧化物和熔体中的痕量掺杂物相互反应，及其后进行结晶并冷却至室温。作者指出闪烁物料可以通过stockbarger和kyropoulos方法获得。

用这种方法成长的闪烁物料-由掺杂铊的碘化钠(NaI-Tl)和由掺杂钠的碘化铯(CsI-Na)它们是无色的，对λ=360nm光源的一分钟照射是不灵敏的且不具有明显的余辉。但是，在描述CsI-Tl晶体制备方法中没有任何情报。

这种所述方法的缺点是要解决吸收剂和熔体的相互作用的絮凝体产物。特别是当大型晶体生长时更成为问题，因为在这种情况下，吸收剂的量是够多的。作者认为这种絮凝体移动到晶料的外围部分。然而，它们落入晶体主体中的可能性依然存在。特别地，当通过从晶籽(kyropoulos方法和其修改方案)上的熔体拉出而生长晶体时，絮凝物可以出现在熔体表面而被生长中的晶体捕获。

基于碘化铯的掺杂铊的闪烁物料是已知的，它另外含有溴化铯混合物并具有相应于下公式的结构，

(CsI)_x(CsBr)_y(TlI)_[1-(x+y)]，其中

0．947≤x≤0．948和

0．049≤y≤0．050。

这种闪烁物料的制备方法包括熔化含碘化铯，激活碘化铊掺杂，作为脱氧剂的石墨的混合物；另外加入5％(重量)的溴化铯和0．6％到1．0％(重量)的铊；并最后在剩余压力不超过5Torr的玻璃管中有方向性地结晶。

事实上，通过这种方法获得的晶体对活化活化剂发射(0．005cm^-1当λ=560nm)有高的透光性、短的衰变时间(τ=0．45μs)和低的余辉；但作者并不规定用这种方法所制备的晶体的闪烁参量和余辉。根据USSR A．C No1362088(从例1和表1可见)我们再重复物料制备条件。该方法的缺点是其技术困难和只在Bridgman-Stockbarg方法中是可行的，在该方法中，石墨进入玻璃管的上部而熔体的结晶在低部(锥部)开始。当使用在晶籽上拉晶体的方法时，结晶在不允许悬浮微粒存在的表面熔体层中进行。

对于世界领先的知名厂商生产的晶体的质量水平而言，由Quartz etSilice(法国)和Horiba(日本)制造的CsI-Tl晶体的辐射损害研究表明后者的辐射强度相当低，它们的光输出下降(△C／C)在10³拉德的剂量时为65％。Quartz et Silice的晶体具有更大的辐射阻抗，在10³拉德剂量时其△C／C为15～18％，但在10⁴拉德剂量时大型制品的光输出下降30％而小型探测器则小于10％，(D．G．Hitlin．G．Eigen“CsI晶体的辐射强度研究”，“晶体2000”国际专题讨论会学报，由F．Dc Not aristefani等人编辑的“用于科学和工业的重闪烁体”，“新领域”，法国，1993，C58．P．467-478)。