一种铈激活的卤溴化稀土闪烁体，其特征在于： 所述闪烁体是以溴化稀土化合物或混合物为基质材料，以非溴的卤化铈化合物或混合物为激活剂材料的，其中铈元素与非溴的卤素元素的总量是等摩尔数的，所述非溴的卤素元素包括氟、氯、碘，非溴的卤化铈包括氟化铈、氯化铈、碘化铈； 所述闪烁体的化学组成通式为（１－ａ）ＲｅＢｒ↓［３］·ａＣｅＸ↓［３］，其中，Ｒｅ为镧、钆、镥、钇中的一种或两种至四种的混合，Ｘ为氟、氯、碘中的一种或两种至三种的混合，ａ为ＣｅＸ↓［３］的摩尔分数，０＜ａ≤０．４。
【技术实现步骤摘要】
一种铈激活的卤溴化稀土闪烁体及其制造方法
本专利技术涉及铈激活的卤溴化稀土闪烁体及其制造方法，属于闪烁材料
技术介绍
闪烁体是指在高能粒子或射线(如γ射线、X射线、宇宙射线和能量大于1keV的粒子)的辐照下，能以闪烁方式发光的物质。闪烁体已经被广泛用于各种高能辐射探测领域，具体涉及高能物理、核物理、地球物理、空间物理等基础研究领域，以及地质勘测、石油测井、环境监测、港口安全检查、工业无损检测、医学成像等应用领域。评判闪烁体性能优劣的参数主要包括：光输出、能量分辨率和时间特性。其中，光输出为闪烁体发射出的光子总数与被该闪烁体吸收的入射辐射能量之比，用来表征闪烁体的发光强度，反映闪烁体的发光效率，单位为光子数每兆电子伏特(photons/MeV)。实际测量中光输出常用探测器测得的闪烁体的光电子产额来表示，单位为光电子数每兆电子伏特(photo-electrons/MeV)。-->能量分辨率通常用单能光子的能量测量峰的半宽度(FWHM)与峰值能量的百分比来表示，用来表征闪烁体分辨入射粒子能量的能力。当比较不同闪烁体的能量分辨率时，一般采用不同闪烁体在铯-137(137Cs)源的单能光子(622KeVγ射线)作用下测得的能量分辨率数据作为比较依据，测得的值越小，闪烁体的性能越好。时间特性包括脉冲上升时间和发光衰减时间，前者表征闪烁体对脉冲辐射源响应的快慢程度，后者表示辐射停止作用后闪烁体发光强度随时间而衰减的快慢程度。闪烁体的发光衰减时间越短，说明其时间分辨本领越高。不同的应用领域对闪烁体的性能有不同的要求，但都期盼和追求那些既具有较高的光输出和较好的能量分辨率，又具有较短的衰减时间的高性能闪烁体。例如：光输出大于30000photons/MeV、能量分辨率在137Cs源作用下小于7％、衰减时间短于50ns的闪烁体。目前应用广泛的闪烁体主要是碱金属碘化物类闪烁体，包括掺铊的碘化钠(NaI:Tl)、掺铊的碘化铯(CsI:Tl)以及掺钠的碘化铯(CsI:Na)，其在闪烁体应用领域里占据主导地位已达50多年。此类闪烁体具有较高的光输出(30000～52000photons/MeV)，并且在137Cs源的作用下具有6％～7％的能量分辨率，但它们的闪烁光衰减时间都比较长，其中衰减最快的NaI:Tl晶体也长达230ns。很多快衰减闪烁体已经被发现并得到了实际应用，其中包括不少衰减时间短于30ns，甚至短于10ns的闪烁体，例如钨酸铅(PbWO4，简记-->为PWO)、掺铈的铝酸钇(YAlO3:Ce，简记为YAP:Ce)、掺铈的氧硅酸镥(Lu2SiO5:Ce，简记为LSO:Ce)。但这些快衰减闪烁体却未能兼有高的光输出和好的能量分辨率。例如：PWO虽然衰减时间短于10ns但光输出仅为200photons/MeV；YAP:Ce虽然具有较快的闪烁衰减(25ns)和较高的能量分辨率(4.3％)，但光输出个体差异很大，自吸收严重；LSO:Ce是刚发现不久的综合性能较好的闪烁体，具有约27500photons/MeV的光输出、40ns的衰减时间，但其能量分辨率只有8％，并且有本底辐射。现有技术方法中一种获得具有期盼的高性能闪烁体的途径，是从铈激活的稀土或含稀土的化合物中寻找。近年来，几种兼具高光输出、好的能量分辨率和快衰减特性的铈激活的稀土(或含稀土)卤化物闪烁体的问世，令人鼓舞。特别要提到的是，荷兰的P.Dorenbos等人发现的两种掺铈的非氟卤化镧晶体。首先发现的一种是以氯化镧(LaCl3)为基质、氯化铈(CeBr3)为激活剂的氯化镧(铈)(LaCl3:Ce)晶体(欧洲专利WO01/60944，中国专利CN 1404523A)；稍后发现的是以溴化镧(LaBr3)为基质、溴化铈(CeBr3)为激活剂的溴化镧(铈)(LaBr3:Ce)晶体(欧洲专利WO01/60945，中国专利CN 1404522A)。这两种闪烁体具有相同的六方结构，空间群为P63/m。继上述两种闪烁晶体之后，与其类质同相的CeBr3晶体也被发现具有优良的闪烁性能(K.S.Shah，et al.，CeBr3 Scintillators for Gamma-RaySpectroscopy，IEEE Transactions on Nuclear Science.，52(6)，2005：-->pp.3157～3159.)。另一种类质同相的CeCl3晶体也具有不错的闪烁性能(E.V.D.van Loef，et al.，Scintillation properties of LaCl3:Ce3+Crystals：Fast，Efficient，and High-Energy Resolution Scintillators，IEEE Trans.Nucl.Sci.，48(3)，2001，pp.341～345.)最近，美国的A.M.Srivastava等人宣称发现了一种Ce3+激活的混合卤化镧闪烁体(美国专利US2005/0104001A1)。与P.Dorenbos等人的专利技术物不同的是，其基质材料不是由单一的氯化镧或溴化镧化合物构成，而是至少由三种非氟卤化镧(即氯化镧、溴化镧、碘化镧)中的两种组成的混合物构成。随着LaCl3和LaBr3的摩尔比的变化，该材料的发光光谱出现了明显的变化。上述铈激活的稀土(或含稀土)非氟卤化物(主要是氯和溴的化合物)，普遍具有几乎全优于碱金属碘化物的闪烁性能：光输出高于40000photons/MeV(LaBr3:Ce甚至可达60000photons/MeV以上)，能量分辨率小于6％，甚至小于4％(LaBr3:Ce甚至可小于3％)，衰减时间短于30ns。其中，闪烁性能最佳的当推LaBr3:Ce。不过，由于LaBr3、CeBr3比LaCl3、CeCl3更易吸潮，LaBr3:Ce晶体的制备难度更大，制造成本更高。另外，LaBr3:Ce晶体尽管闪烁性能是已知闪烁体中最优的，但其最高光输出和最佳能量分辨率的组成(CeBr3的掺入量小于1％)与最短衰减时间的组成(CeBr3的掺入量约为5％)并不一致，在材料制备(包括晶体生长)上无法兼顾。Ce3+激活的闪烁体的发光，本质上是Ce3+离子的基组态([Xe]4f1)-->电子即4f轨道上的电子，受激跃迁到第一激发组态([Xe]5d1)即外层的5d轨道上，随后又退激发到4f轨道，同时发生光辐射的结果。由于这种从5d轨道到4f轨道的电子跃迁(5d→4f跃迁)属于电偶极允许的跃迁，因而发光的强度高、衰减快。同时，又由于Ce3+的5d轨道上的电子处于裸露状态，易受周围离子的库伦作用的影响。基质组成的变化、与Ce3+近邻的阴离子种类、以及Ce3+所处格位的对称性等，都会影响Ce3+的5d轨道电子所处的能量状态，进而影响到Ce3+的发光行为。熔体定向凝固的结晶过程，实际上是熔体的原子或离子(团)从熔体一侧逐渐向固-液界面移动并进行有序堆积的过程。同一种原料中的阴、阳离子，在熔融状态下成为(保持)近邻的概率较大，尤其是库伦吸引力较强的阴、阳离子，因而在结晶时倾向于占据紧邻的晶格格位。单就四种卤化铈而言，按库伦吸引力由强到弱顺序依次是，氟化铈(CeF3)中的铈离子(Ce3+)和氟本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铈激活的卤溴化稀土闪烁体，其特征在于：所述闪烁体是以溴化稀土化合物或混合物为基质材料，以非溴的卤化铈化合物或混合物为激活剂材料的，其中铈元素与非溴的卤素元素的总量是等摩尔数的，所述非溴的卤素元素包括氟、氯、碘，非溴的卤化铈包括氟化铈、氯化铈、碘化铈；所述闪烁体的化学组成通式为（１－ａ）ＲｅＢｒ↓［３］·ａＣｅＸ↓［３］，其中，Ｒｅ为镧、钆、镥、钇中的一种或两种至四种的混合，Ｘ为氟、氯、碘中的一种或两种至三种的混合，ａ为ＣｅＸ↓［３］的摩尔分数，０＜ａ≤０．４。
【技术特征摘要】
1.一种铈激活的卤溴化稀土闪烁体，其特征在于：所述闪烁体是以溴化稀土化合物或混合物为基质材料，以非溴的卤化铈化合物或混合物为激活剂材料的，其中铈元素与非溴的卤素元素的总量是等摩尔数的，所述非溴的卤素元素包括氟、氯、碘，非溴的卤化铈包括氟化铈、氯化铈、碘化铈；所述闪烁体的化学组成通式为(1-a)ReBr3·aCeX3，其中，Re为镧、钆、镥、钇中的一种或两种至四种的混合，X为氟、氯、碘中的一种或两种至三种的混合，a为CeX3的摩尔分数，0＜a≤0.4。2.根据权利要求1所述的铈激活的卤溴化稀土闪烁体，其特征在于：Re为镧，或镧与钆、镥、钇中的一种至三种的混合；X为氟、氯、碘中的一种或两种至三种的混合。3.根据权利要求2所述的铈激活的卤溴化稀土闪烁体，其特征在于：Re＝La，X＝Cl，0＜a≤0.1。4.根据权利要求3所述的铈激活的卤溴化稀土闪烁体，其特征在于：0＜a≤0.01。5.根据权利要求2所述的铈激活的卤溴化稀土闪烁体，其特征在于：Re＝La，X＝F，0＜a≤0.2，尤其是0＜a≤0.1。6.根据权利要求2所述的铈激活的卤溴化稀土...
【专利技术属性】
技术研发人员：张明荣，张春生，葛云程，郭建军，范宇红，陆红，丁小东，张红梅，
申请(专利权)人：北京玻璃研究院，张明荣，
类型：发明
国别省市：11
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