一种制作闪烁体阵列的方法技术

本发明专利技术涉及的是一种基于闪烁体片制作闪烁体阵列的方法。其特征在于，不需要直接切割出闪烁体条，也不需要对由原始闪烁体切割出来的闪烁体片进行专门的抛光处理，但是需要切割出特定厚度的闪烁体片，并对其表面进行清洁处理，还需要使用特定直径或厚度的隔离物。其涉及的主要工序包括三次的切割工序、两次的叠片胶合工序和一次的反光胶包覆工序。其中，闪烁体片是自下而上地叠放，彼此被隔离物和反光胶粘剂隔开，并且是整体胶合的；闪烁体阵列的侧面和底面上包覆的特定厚度的反光胶粘剂也是一次性固化的。本发明专利技术公开的制作闪烁体阵列的方法，不仅工艺简单、易于操作，而且制作出来的闪烁体阵列不含隔离物异物，闪烁体条形状大小相同，缝隙宽度一致，分布整齐对称。

A Method of Making Scintillator Array

【技术实现步骤摘要】
一种制作闪烁体阵列的方法
本专利技术涉及闪烁体材料和闪烁探测器件领域，特别是涉及一种高能射线成像用闪烁体阵列的制作技术方法。
技术介绍
闪烁体是一种在高能粒子或射线（X射线、γ射线、中子等）照射下能够发出脉冲光的功能材料。闪烁体不仅包括闪烁晶体，还包括闪烁玻璃、闪烁陶瓷以及塑料闪烁体等，其中，无机的闪烁晶体使用最为普遍，包括掺铊的碘化钠（NaI:Tl）、掺铊的碘化铯（CsI:Tl）、锗酸铋（Bi4Ge3O12，BGO）、掺铈的硅酸钇镥（(Lu,Y)2SiO5:Ce，LYSO）、钨酸镉（CdWO4，CWO）、氟化钡（BaF2）、掺铈的氯化镧（LaCl3:Ce）、掺铈的溴化镧（LaBr3:Ce）、掺铈的六氯化钇锂二铯（Cs2LiYCl6:Ce，CLYC）等闪烁晶体。闪烁体可以用来探测和识别放射X射线、γ射线或其它高能射线照射的核辐射源，如各种天然放射性同位素、人工放射性同位素、以及各种加速器装置，并对它们的能量和放射性活度进行精确测量。闪烁体也可以利用这些高能辐射与不同物质作用的特性差异，制造高新技术装备，服务于国防科技、工业、医疗、安全等行业。闪烁体可以加工成各种形状和大小，便于与不同种类和大小的光探测器件匹配，包括光电倍增管、光电二极管、雪崩二极管等光探测器件，以及多阳极光电倍增管、多像素光子计数器（MPPC）或硅光电倍增管（SiPM）等阵列式光探测器件，以适用各种核辐射测量及相关核技术应用。闪烁体阵列，特别是由小尺寸的闪烁晶体条构成的闪烁晶体阵列，应用日渐广泛。例如，医用XCT、PET、PET/CT、γ相机，以及工业CT，包括行李及货物X光安检机、CT型行李/物品检查系统、集装箱/车辆检查系统等高能辐射成像设备都使用了不同的闪烁体阵列。闪烁体阵列可以认为是由一些闪烁体条在一维或二维方向均匀排布而成，并且相邻闪烁体条之间的缝隙内填充有不透光的物质，目的是防止闪烁体条的光串扰到相邻闪烁体条。其中，缝隙填充物大多对闪烁光具有较高反光率的特性，不仅可以有效地阻止不同闪烁体条间的光串扰，还可以有效提高光收集效率。使用较为普遍的闪烁体阵列是单层的闪烁体阵列，即由若干尺寸相同的闪烁体条均匀排布并被反光材料隔离开来的闪烁体阵列，闪烁体条一般为长方体，长度介于5mm~50mm，厚度约0.5mm~10mm，闪烁体条之间的缝隙介于0.05mm~2mm。除与光探测器件耦合的出光面以外，闪烁体阵列的其它表面都要涂覆反光材料。反光材料一般为具有粘接强度的反光胶粘剂，或者为反光粉与光学胶粘剂的混合物。闪烁体阵列中闪烁体条的具体尺寸及其缝隙的大小，取决于影像设备的设计要求及所用光探测器件的种类与尺寸。不同的辐射成像设备所采用的闪烁体阵列不尽相同，但不论闪烁体阵列的尺寸、大小如何，都希望闪烁体条的排布不仅在几何结构上是均匀的或者说是规则的，而且希望物理性质也是均匀分布的，以满足影像设备对空间分辨率、灵敏度、均匀性等方面的要求。任何对几何结构和物理性能的对称性和均匀性的破坏，都会劣化这些影像设备的性能参数。此外，如果闪烁体阵列是与阵列式光探测器件，如多阳极PMT或SiPM，通过光学级耦合在起来使用的，则还要求闪烁体阵列与阵列式光探测器件在面阵上具有很高的匹配程度。目前，闪烁体阵列的制作方法可归结为三类。一类方法是基于单个闪烁体条的排布方法。例如，一项授权专利技术专利《造影成像探测器闪烁晶体阵列及其制造方法》（公告号：CN103777225B）公开了一种闪烁晶体阵列的制造方法。其特点是先将闪烁晶体条两两胶合起来成为2拼组装，并烘干固化，然后再将2拼组装两两胶合成为4拼组装，并烘干固化，进而将4拼组装两两胶合成为8拼组装，以此类推进行16拼组装，……，最后便得到闪烁晶体阵列。该方法需要先加工出闪烁晶体条，并进行多次的胶合和加热固化，工序较繁琐，如果大量制作由很多闪烁晶体条构成的闪烁晶体阵列的时候，将耗费大量的人力和时间，而且难以避免出错，因而生产成本较高。又例如，一项美国专利“Scintillatorarrayandamethodofconstructingthesame”（公开号：US2010/0127180A1）和一项尚未授权的中国专利《一种高能射线探测器用闪烁晶体阵列装置及其生产工艺》（公开号：CN201510691966.9）同样也公开了一种由单独的闪烁晶体条制作闪烁晶体阵列的工艺方法。它们的特点是先制作一个用于安放闪烁晶体的所谓“基础固定板”，该基础固定板内设置阵列式的凹沉槽，用于安放闪烁晶体条。该方法能提高了闪烁晶体条组装的效率，但定位精度难以保证。第二类方法是将闪烁体整体切割成阵列的方法。例如，一项尚未授权的专利技术专利《反射材、闪烁体阵列、闪烁体阵列的制造方法和放射线检测器》（公布号：CN201610149721.8）公开了一种闪烁体阵列的制作方法，即将闪烁晶体进行纵横切割，但不切割透，以形成格子状的沟槽和由位置固定的闪烁晶体条构成的阵列，然后对阵列式排列的各闪烁晶体条进行表面抛光处理，再在各闪烁晶体条间隙进行反光材料的镀膜或填充处理。另一项已被视为撤回的专利《一种γ射线探测器晶体阵列的制作方法》（公开号：CN201110031469.8）也公开了一种将闪烁晶体整体切割成阵列的方法，其不同点在于，该专利先将原始的闪烁晶体切割形成整块的矩形原始闪烁晶体块并进行表面抛光处理，然后在原始闪烁晶体块的下表面粘接一块光导介质，再对原始闪烁晶体块进行切割以形成闪烁晶体条阵列。该类制作闪烁体阵列的方法有两个缺点。一是闪烁体阵列的缝隙宽度受制于切割的刀具，一般难以实现0.1mm以下，甚至0.3mm以下宽度缝隙的闪烁晶体阵列制作。二是制作或切割过程中任意一个闪烁晶体条断裂都将导致闪烁体阵列制作的失败，使整个闪烁晶体块报废。闪烁晶体条越小，长度越长，断裂的几率就越大。因此，该类方法对于制作由很多个闪烁晶体条构成的闪烁晶体阵列制作来说，技术风险太大，成本较高。还有一类基于闪烁体片制作阵列的方法，其特点是，先将闪烁体片粘接起来并固化，然后在沿垂直于闪烁体片大面的方向切割成夹心晶片，再将夹心闪烁体片粘接起来并固化，便成为闪烁体阵列模块。例如，一项美国专利技术专利“Productionmethodformakingposition-sensitiveradiationdetectorarrays”（公告号：US6956214）和一项中国专利技术专利《闪烁体探测器晶体阵列的制造方法》（公告号：CN103376459B）都公开了一种由闪烁晶体片制作闪烁晶体阵列的方法。它们的共同点是，使用规则的与闪烁晶体条等长的闪烁晶体片以及液体胶、反射膜，通过液体胶将闪烁晶体片与反射膜交替粘接起来，然后用模具对闪烁晶体片进行挤压以达到相应的尺寸要求。此外，它们还有一个共同点是，闪烁晶体片都是竖放的，即闪烁晶体片的大面是与水平面垂直的，比较容易倾倒或倾斜。美国专利US6956214存在闪烁晶体片在被挤压的过程较容易发生倾斜而致闪烁晶体片之间不平行，进而使阵列中相应的晶体条出现较大的定位误差。为解决这一问题，中国专利CN103376459B在闪烁晶片上设置了由液体胶固化而成的并与反射膜具有相同厚度的凸块或定位块，在一定程度上缓解了美国专利的问题，但并没有彻底解决问题，而且还派本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术公开了一种基于闪烁体片制作闪烁体阵列的方法，其特征在于，不需要直接切割出闪烁体条，也不需要对从原始闪烁体上切割出来的闪烁体片进行专门的抛光处理，但是需要切割出特定厚度的闪烁体片，并对其表面进行清洁处理，还需要使用特定直径或厚度的隔离物，其涉及的工序主要包括三次切割工序、两次叠片胶合工序和一次反光胶包覆工序：步骤一，选择适当大小的长方体、正方体、或圆柱体状的闪烁体作为原始闪烁体，从其上切割出若干的闪烁体片；步骤二，将闪烁体片用反光胶粘剂和隔离物叠片胶合，成为夹心闪烁体；步骤三，从夹心闪烁体上切割出若干的夹心闪烁体片；步骤四，将夹心闪烁体片用反光胶粘剂和隔离物叠片胶合，成为闪烁体条聚集体；步骤五，将闪烁体条聚集体切割成闪烁体阵列模块；步骤六，对闪烁体阵列模块的四个侧面和底面进行反光胶粘剂包覆，固化后成为所需的闪烁体阵列；步骤七，必要时可对包覆反光胶粘剂的闪烁体阵列的上表面，即出光面，进行抛光处理。

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种基于闪烁体片制作闪烁体阵列的方法，其特征在于，不需要直接切割出闪烁体条，也不需要对从原始闪烁体上切割出来的闪烁体片进行专门的抛光处理，但是需要切割出特定厚度的闪烁体片，并对其表面进行清洁处理，还需要使用特定直径或厚度的隔离物，其涉及的工序主要包括三次切割工序、两次叠片胶合工序和一次反光胶包覆工序：步骤一，选择适当大小的长方体、正方体、或圆柱体状的闪烁体作为原始闪烁体，从其上切割出若干的闪烁体片；步骤二，将闪烁体片用反光胶粘剂和隔离物叠片胶合，成为夹心闪烁体；步骤三，从夹心闪烁体上切割出若干的夹心闪烁体片；步骤四，将夹心闪烁体片用反光胶粘剂和隔离物叠片胶合，成为闪烁体条聚集体；步骤五，将闪烁体条聚集体切割成闪烁体阵列模块；步骤六，对闪烁体阵列模块的四个侧面和底面进行反光胶粘剂包覆，固化后成为所需的闪烁体阵列；步骤七，必要时可对包覆反光胶粘剂的闪烁体阵列的上表面，即出光面，进行抛光处理。2.如权利要求1所述的一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述切割是使用内圆切割机床、单线切割机床、外圆切割机床、多刀切割机床、多线切割机床中的一种完成的，并且闪烁体片和夹心闪烁体片的厚度与要求的阵列缝隙的宽度相一致，偏差小于0.01mm，甚至小于0.005mm，表面粗超度小于3.2μm，甚至小于0.8μm。3.如权利要求1所述一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述包含隔离物的夹心闪烁体中的闪烁体片是自下而上地重叠起来的，并且相邻闪烁体片之间夹有隔离物，隔离物位于闪烁体片的边缘但不露出闪烁体片，其数量应确保闪烁体片在受到垂直方向的压力时不会产生倾斜。4.如权利要求1所述一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述包含隔离物的闪烁体条聚集体是自下而上地重叠起来的，并且相邻夹心闪烁体片之间夹有隔离物，隔离物位于两个尚未被切割的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明荣，邹本飞，彭彪，王树印，侯越云，
申请(专利权)人：北京一轻研究院，北京玻璃研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11