辐射检测设备及相关方法技术

揭示了辐射检测设备及相关方法。并且揭示了用于检测光子的方法和设备。该设备包括闪烁体单晶和与该闪烁体单晶耦合的雪崩光电二极管。该闪烁体单晶在大于约175℃的温度下且在约20Grm至约30Grm的范围内的冲击水平下。该闪烁体单晶包括选自以下的镨掺杂组合物：(LaxY1-x)2Si2O7：Pr，ABCl3-yXy：Pr，A2(Li，Na)LaCl6-yXy：Pr，或其任意组合。如本文所用，A是铯、铷、钾、钠、或其组合，B是钙、钡、锶、镁、镉、锌、或其组合，X是溴、碘、或其组合。而且0＜x＜1且0≤y＜3。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及闪烁体单晶，更具体涉及在高温下工作且检测高能辐射的闪烁体单晶。
技术介绍
目前在油井钻井工业中需要伽马(Y)射线检测。通常使用总伽马射线计数用于记录深度匹配并作为页岩/砂反差指示器。伽马射线检测器还可用于导出指示该位置的岩性、多孔性和渗透性，石油开采的容量和便利性。对于冲击水平大于20均方根加速度(Grm)且温度可能从低于室温至超过175°C宽范围变化的严苛井下环境而言，非常希望且必须有能检测这种射线的小型而稳定的传感器。目前几种技术使用包括与闪烁体光谱匹配的光电倍增管(PMT)的伽马传感器。闪烁体在受到高能辐射(如伽马辐射)激发时发射紫外光或蓝光，且使用PMT将紫外光或蓝光信号转换成可读水平的电子信号。但是，PMT在高温下的使用寿命严重缩短。因此，PMT的使用寿命可能变得太短，从而显著抬高它们的使用成本。此外，PMT经常需要高工作电压，同时在高振动水平时还很脆弱并容易发生故障。在这些条件下期望使用固态雪崩光电二极管(APD)代替PMT来检测高能辐射。固态雪崩光电二极管可具有不同于PMT的光谱曲线，希望使用固态APD工作的闪烁体能与APD光谱匹配。目前使用的由碲离子激活的碱性卤化物晶体闪烁体的伽马射线峰值分辨能力在温度大于175°C时显著降低。以前使用镥和钇的原硅酸盐作为闪烁体材料。但是，这些原硅酸盐没有高温稳定发射性质。研究了镨掺杂的焦硅酸镥闪烁体的正电子发射断层成像术(PET)应用。但是，已知镥、镧、钆和铷具有固有的伽马射线发射，因此可能并非用于检测高能辐射包括伽马辐射的最佳选择。因此，仍然需要在包括高达175°C或以上温度的宽范围温度水平下工作、用于检测高能辐射而不会使检测信号变差多少的设备和方法。
技术实现思路
本专利技术的实施方式涉及具有闪烁体单晶的设备及其工作方法。在一种实施方式中，揭示了在严苛环境中检测高能辐射的方法。该方法包括使闪烁体单晶在大于约175°C的温度下暴露于高能辐射，通过与闪烁体耦合的雪崩光电二极管检测高能辐射。闪烁体单晶包括选自以下的镨掺杂的组合物:(LaxY1 J2Si2O7:Pr,ABCl3 yXy:Pr,A2(Li,Na)LaCl6 yXy:Pr或其任意组合。如本文所用，A是铯、铷、钾、钠或其组合，B是钙、钡、锶、镁、镉、锌或其组合，X是溴、碘或其组合。此外，O <χ<1且0<y<3。在一种实施方式中，揭示了用于在严苛环境中检测高能辐射的设备。该设备包括闪烁体单晶和与该闪烁体单晶耦合的雪崩光电二极管。闪烁体单晶的温度大于约175°C且冲击水平大于约20Grm。闪烁体单晶包括选自下组的镨掺杂的组合物:(LaxY1 J2Si2O7:Pr,ABCl3 yXy:Pr, A2(Li，Na)LaCl6 yXy:Pr或其任意组合。如本文所用，A是铯、铷、钾、钠或其组合，B是钙、钡、锶、镁、镉、锌或其组合，X是溴、碘或其组合。此外，O <χ<1且0<y<3。【附图说明】通过以下对本专利技术优选实施方式的详细说明并结合附图能更容易地理解这些和其他优点和特性。图1是根据本专利技术一种实施方式的包括固态光电倍增管装置的设备的透视图；图2是根据本专利技术一种实施方式具有镨掺杂的焦硅酸镧(La2Si2O7)组合物在受到235纳米激发时的发射波长光谱；图3是根据本专利技术一种实施方式具有镨掺杂的焦硅酸镧(La2Si2O7)组合物的发光强度的温度依赖性的视图；图4是根据本专利技术一种实施方式的Cs2LiLaCl6 =Pr组合物的发光强度的温度依赖性的视图；图5是根据本专利技术一种实施方式具有镨掺杂的Cs2NaLaCl6 =Pr组合物在受到235纳米激发时的发射波长光谱；图6是根据本专利技术一种实施方式的Cs2NaLaCl6:Pr的发光强度的温度依赖性的视图；图7是根据本专利技术一种实施方式的Cs2NaYCl6 =Pr的发光强度的温度依赖性的视图。【具体实施方式】以下参考附图中所示的本专利技术的示例性实施方式，更详细地说明本专利技术的各方面。虽然以下参考优选实施方式来说明本专利技术，但应理解，本专利技术并不限于此。本领域普通技术人员通过本文能认识到落在本文揭示并要求权利的本专利技术范围之内的其他实现方式、改进方式和实施方式，以及其他应用领域，并认识到本专利技术的深远效用。在以下说明中，称本专利技术一种实施方式的具体方面或特性包括某组中的至少一个要素或其组合或者由某组中的至少一个要素或其组合组成时，应理解该方面或特性可独立地或以与该组中任何其他要素组合的方式包括该组中的任何要素或者由该组中的任何要素组成。在以下说明书和权利要求书中，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物的情况，除非上下文中有其他清楚指示。在说明书和权利要求书中可如本文使用近似语言来修饰任何允许变化但不至于改变其相关基本功能的量化表述。因此，用一个或多个术语如“约”或“基本上”来修饰的值可不限于所指的精确值，可包括不同于所指的值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精确度。本专利技术的一个方面涉及用于油井钻井应用中的闪烁体单晶，在该应用中处于冲击水平在约20-30Grm范围内的严苛井下环境中。此外，本文所述的闪烁体单晶能在高温和宽温度范围下工作，对温度变化不太敏感。闪烁体材料通常被用作伽马射线、X射线、由大于约IkeV的能量水平表征的宇宙射线和粒子的辐射检测器的部件。将闪烁体晶体与光检测元件即光电检测器耦合。当来自放射性核素源的光子冲击晶体时，晶体发射光。光电检测器产生与所接收的光脉冲数及其强度成比例的电信号。在图1揭示的示例性实施方式中，系统10包括闪烁体12。闪烁体材料能通过电子和空穴的激发吸收辐射能量。这些电子和空穴可再结合并发射光子。在本实施方式中，闪烁体12能将高能辐射14转换成光子16。光电检测器装置20可包括一个或多个雪崩光电二极管来检测光子16并将其转换成能通过相关电子设备检测的电信号或电子信号(未显示)，从而确定冲击的高能辐射的时间、能量和位置。在一种实施方式中，系统10是一种用于检测高能辐射的设备。一般来说，闪烁体材料所需的性质包括高密度(用于高辐射阻挡能力)、高光输出、短衰减时间、高能量分辨率、优良的环境稳定性以及大单晶的可用性。这些性质与基础材料性质有关，即，带隙(对于光输出很重要)，载流子传输效率(与闪烁衰减有关)，以及光学、化学和结构性质。“阻挡能力”是材料吸收辐射的能力，且与闪烁体材料的密度和Z (原子序数)直接相关。具有高阻挡能力的闪烁体材料几乎或完全不允许辐射通过，这在高效捕捉辐射时是一项独特的优点。如本文所用，术语“光输出”是闪烁体在受到X射线或伽马射线脉冲激发之后发射可见光的量。希望有高光输出，因为这样提高了辐射检测器将光转换成电脉冲的能力。术语“衰减时间”是指在辐射激发停止时闪烁体发射光的强度减小到指定的光强度分数所需的时间。对于许多应用，如PET装置，希望有较短的衰减时间，因为这样能对伽马射线进行有效的符合计数。因此，扫描时间缩短，通过消除由偶然符合引起的随机计数能改善图象。辐射检测器的“能量分辨率”是指其区分具有非常类似的能量水平的能量射线(如伽马射线)的能力。对给定能量源的标准辐射发射能进行测量之后，能量分辨率通常报告为百分比值。非常希望有较低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在严苛环境中检测高能辐射的方法，该方法包括：在大于约175℃的温度下使闪烁体单晶暴露于所述高能辐射中；和使用与所述闪烁体单晶耦合的雪崩光电二极管来检测所述高能辐射，其中所述闪烁体单晶包括选自以下的镨掺杂组合物：(LaxY1‑x)2Si2O7：Pr，ABCl3‑yXy：Pr，A2(Li，Na)LaCl6‑yXy：Pr或其组合，其中A是铯、铷、钾、钠、银或其组合；B是钙、钡、锶、镁、镉、锌或其组合；X是溴、碘或其组合；并且0＜x＜1且0≤y＜3。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：斯瑞尼迪·拉马钱德拉，徐悟生，A·M·斯里瓦斯塔瓦，戈匹·钱德兰·拉马钱德兰，普拉三斯·库玛·纳玛瓦，谢尔盖·伊万诺维奇·杜林司基，海伦·克莱尔·克力门特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US