本发明专利技术在一个方案中公开了由具有一种或多种额外的第13族元素的金属卤化物制成的闪烁体材料。该化合物的实例是添加有铊(Tl)的Ce:LaBr3，其作为共掺杂物存在或在LaBr3和TlBr之间的以化学计量混合的混合物和/或固体溶液。在另一个方案中，能够通过以下方式制造上述单晶碘化物闪烁体材料：首先，合成上述组合物的化合物，并然后通过例如垂直梯度凝固法由合成的化合物形成单晶。所述闪烁体材料的应用包括辐射探测器及其在医学和安全成像中的用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】吸湿性降低的金属卤化物闪烁体及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求均于2011年10月10日提交的序列号为61/545,253和61/545,262的美国临时专利申请的权益，这些临时专利申请并入本文作为参考。
本公开涉及用于检测在安全、医学成像、粒子物理学和其它应用中的电离辐射(例如X射线、γ射线和热中子辐射)的闪烁体材料。本公开特别地涉及金属卤化物闪烁体材料。某些方案也涉及该闪烁体材料的具体组成、制造该闪烁体的方法和使用该闪烁体作为组件的装置。
技术介绍
闪烁体材料，一种响应例如X射线、γ射线和热中子辐射的碰撞辐射而发出光脉冲的材料，用于在医学成像、粒子物理学、地质勘探、安全和其它相关领域内具有应用范围广的探测器。在选择闪烁体材料方面的考虑通常包括但不限于闪烁体材料在预期环境中的光度、衰变时间、发射波长和稳定性。尽管已经制造多种闪烁体材料，仍有对优良闪烁体材料的持续需求。专利技术概述本专利技术通常涉及金属卤化物闪烁体材料和制造该闪烁体材料的方法。在一个方案中，闪烁体材料包含具有一种或多种额外的的第13族元素的金属卤化物。该化合物的实例是添加铊(Tl)的Ce:LaBr3，其作为共掺杂物存在或在LaBr3和TlBr之间的以化学计量混合的混合物和/或固体溶液中。本公开的另一个方面涉及制造具有上述组分的氯化物闪烁体材料的方法。在一个实例中，混合并熔化高纯的起始卤化物(例如LaBr3、TlBr和CeBr3)以合成所期望的闪烁体材料组分的化合物。然后，通过Bridgman方法(或垂直梯度凝固法(VerticalGradientFreeze,VGF))由合成的化合物生长闪烁体材料单晶，其中使含合成化合物的密封安瓿(sealedampoule)以受控的速度经受控的温度梯度从热区域转移至冷区域以从熔融的化合物形成单晶闪烁体。本公开的另一个方面涉及使用包含上述用于成像的闪烁体材料中的一种的探测器的方法。专利技术详述金属卤化物是因其良好的能量分辨率和相对强的光输出而熟知的闪烁体组分。然而，这些材料的一个明显缺陷是它们的高水溶性。这种高溶解性或吸湿性是减缓这些化合物商业化进程的一个主要原因。晶体生长过程、随后的多级纯化、区域精炼和干燥都要求具有脱水和脱氧的非常严格的控制环境。此外，这些材料的处理和后生长过程必须在极其干燥的环境中进行以避免材料的分解。此外，该材料通常只能够在能阻止它们因水合作用而分解的密封包装中使用。用于制造和使用金属卤化物闪烁体材料的这种严格条件成为这些材料商业化应用的一大障碍。因此，期望改进或研制具有明显较低的吸湿性的新闪烁体材料。本专利技术涉及用于γ和中子辐射探测的吸湿性降低的金属卤化物闪烁体物质的新组分，特别是稀土金属卤化物闪烁体材料。本公开包括但不限于由以下化学通式所描述的金属卤化物族：A'(1-x)B'xCa(1-y)EuyC'3(1),A'3(1-x)B'3xM'Br6(1-y)Cl6y(2),A'(1-x)B'xM'2Br7(1-y)Cl7y(3),A'(1-x)B'xM"1-yEuyI3(4),A'3(1-x)B'3xM"1-yEuyI5(5),A'(1-x)B'xM"2(1-y)Eu2yI5(6),A'3(1-x)B'3xM'Cl6(7),A’(1-x)B’xM’2Cl7(8)和M'(1-x)B'xC'3(9),其中，A'=Li、Na、K、Rb、Cs或其任何组合，B'=B、Al、Ga、In、Tl或其任何组合，C'=Cl、Br、I或其任何组合，M'由Ce、Sc、V、La、Lu、Gd、Pr、Tb、Yb、Nd或它们的任何组合组成，M"由Sr、Ca、Ba或其任何组合组成，X在0≤x≤1的范围，以及Y在0≤y≤1的范围。闪烁体物质的物理形态包括但不限于晶体、多晶、陶瓷、粉末和该材料的任何复合形态。通过共掺杂和/或闪烁体物质化学计量的改变实现吸湿性的减小。可以通过化学计量掺合(stoichiometricadmixture)和/或包含来自周期表第13族元素的化合物的固体溶液来实现这些改变。这些元素是B、Al、Ga、In、Tl和它们的任何组合。该创新中实施方式的一个方法以不显著改变所选择的闪烁体晶格对称性的浓度与第13族元素共掺杂。另一个方法包括通过化学计量变化或者闪烁体化合物和包含至少一种第13族元素的其它化合物的固体溶液来完全改变闪烁体组合物的晶体结构。在这些情形下，制造了具有显著降低的吸湿性的新闪烁体材料。在特定的、非限定性实施例中，将铊(Tl)引入LaBr3化合物(化学式9)的晶格中。在这个具体实例中，强共价键Tl-Br(相对于LaBr3的离子键)的形成显著降低了该化合物和水的反应性。在Tl浓度较高的情况下，制造具有晶格变化的闪烁体材料是可能的。那也包括晶体本身化学计量的变化。Tl-Br键的强度体现在TlBr化合物中，这因相比于其它金属卤化物该TlBr化合物具有显著较低的吸湿性而公知。能够基于HSAB理论解释预期的溶解度变化，其会在下文被更加详细地解释。此外，将来自第13族的元素引入金属卤化物的晶体结构通常会改进这些材料的闪烁特性。作为共掺杂物的Tl的加入或金属卤化物中某些组分的化学计量掺合产生更加有效的闪烁中心。这些中心有助于闪烁光的输出。此外，使用第13族元素的化合物能够有利地增加材料的密度。密度的改进在辐射检测的应用中是特别重要的。新闪烁体材料应用于正电子成像术(PositronEmissionTomography,PET)、单光子发射计算机断层成像(SinglePhotonEmissionComputedTomography,SPECT)、计算机断层成像(ComputerizedTomography,CT)和用于本国安全和测井工业的其它应用。本公开也涉及生长闪烁体的方法，其包括在受控环境下融化或溶解闪烁体的结晶。本文所公开的新金属卤化物闪烁体的溶解度的变化可基于HSAB理论来理解。HSAB是“强弱酸碱”(“HardandSoftAcidsandBases”)的首字母缩略词，也称作Pearson酸碱理论。该理论试图统一有机的和无机的反应化学，并能够用来以定性而非定量的方式解释化合物的稳定性、反应机理和路径。该理论指定各种化学物种以术语“强”或“弱”和“酸”或“碱”。“强”适用于离子半径小、高电荷状态(电荷标准主要应用于酸，较少应用于碱)和极化能力弱的物种。“弱”适用于离子半径大、低电荷状态和极化能力强的物种。可极化的物种能够形成共价键，而非极化的形成离子键。参见例如(1)Jolly,W.L.,ModernInorganicChemistry,NewYork:McGraw-Hill(1984)和(2)E.-C.Koch,Acid-BaseInteractionsinEnergeticMaterials:I.TheHardandSoftAcidsandBases(HSAB)Principle-InsightstoReactivityandSensitivityofEnergeticMaterials,Prop.,Expl.,Pyrotech.302005,5。两篇文献并入本文作为参考。在本公开的上下文中，HSAB理论帮助理解推动化学性质和反应的主要因素。在这种情形下，定性因素是水溶性。一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种闪烁体材料，包含：金属卤化物；第一稀土元素；和第13族元素。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.10 US 61/545,262;2011.10.10 US 61/545,253;1.一种闪烁体材料，其为以下通式中的一种通式的组合物：B'Ca(1-y)EuyC'3(1)，B'M"1-yEuyI3(4)，B'3M"1-yEuyI5(5)，和B'M"2(1-y)Eu2yI5(6)，其中，B'＝B、In、Tl或其任何组合，C'＝Cl、Br、I或其任何组合，M"由Sr、Ca、Ba或其任何组合组成，以及y包含于0<y<1的范围内。2.权利要求1所述的闪烁体材料，其中B'为铊(Tl)。3.权利要求1中所述的闪烁体材料，所述闪烁体材料为单晶。4.一种制造闪烁体材料的方法，所述闪烁体材料为以下通式中的一种通式的组合物：B'Ca(1-y)EuyC'3(1)，B'M"1-yEuyI3(4)，B'3M"1-yEuyI5(5)，和B'M"2(1-y)Eu2yI5(6)，其中，B'＝B、In、Tl或其任何组合，C'＝Cl、Br、I或其任何组合，M"由Sr、Ca、Ba或其任何组合组成，以及y包含于0<y<1的范围内,所述方法包括：通过加热以下组分的混合物制造熔体：金属卤化物，第一稀土元素的盐，和第13族元素的盐；以及由所述熔体生长单晶。5.一种辐射探测器，包括：适于在响应碰撞辐射时产生光子...
【专利技术属性】
技术研发人员：PC科恩，AA凯里，MS安德里亚科，MJ施曼德，
申请(专利权)人：美国西门子医疗解决公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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