卤化铈的闪烁体组合物、相关制品和方法技术

本发明专利技术公开了包括至少两种卤化铈的固溶体的闪烁体组合物。本发明专利技术还公开了用于探测高能辐射的辐射探测器。该探测器包括上述闪烁体组合物，以及光耦合到所述闪烁体上的光探测器。还公开了用闪烁探测器探测高能辐射的方法，其中所述闪烁晶体基于卤化铈的混合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及闪烁体组合物，例如用于在各种条件下探测γ射线和X射线的那些组合物。
技术介绍
闪烁体晶体广泛用于探测高能辐射，例如γ射线、X射线、宇宙射线以及特征在于能量等级大于约1keV的粒子的探测器中。该晶体和光探测装置，即光探测器耦合(coupled)。当受到来自放射性核素源的光子碰撞时，该晶体发光。光探测器产生与接收到的光脉冲数成比例、以及与光脉冲强度成比例的电信号。闪烁体晶体通常在许多应用中使用。例子包括医疗成像装备，例如，正电子发射层析术(PET)设备；石油和天然气工业的测井，以及各种数字成像应用。闪烁体的特定组合物时辐射探测装备的性能而言非常重要。闪烁体必须能响应X射线和γ射线的激发。而且，闪烁体应该具有多个增强辐射探测的性质。例如，大多数闪烁体材料必须具有高的光输出、短的衰减时间、弱的余辉、高的“阻止本领”和可接受的能量分辨率。(其它性质可能也非常重要，具体取决于使用闪烁体的方式，如下所述)。高性能闪烁体的这些性质在本领域是公知的。简而言之，“光输出”是闪烁体在受到X射线或γ射线的脉冲激发后发射的可见光量。由于高光输出增强了辐射探测器将光转变成电脉冲的能力，所以高光输出是合乎需要的。(脉冲的大小通常表明了辐射能量)。术语“衰减时间”是指闪烁体发射的光强度下降到辐射激发终止时的光强度特定分数值所需的时间。对许多应用，比如PET设备而言，优选较短的衰减时间，因为这样使得可以对γ射线进行高效率的符合计数(coincidence-counting)。术语“余辉”是指闪烁体在辐射激发停止后的特定时间(例如，100毫秒)发射的光强度。(余辉通常报导为闪烁体在受到辐射激发时发射的光的百分比)。通常，余辉减弱是有利的，因为这样使得探测器产生的图像比较清晰，例如，没有图像噪声(“幻像”)。“阻止本领”是指材料吸收辐射的能力，有时指材料的“X射线吸收”或“X射线衰减”。阻止本领直接和闪烁体材料的密度相关。具有高阻止本领的闪烁体材料允许很少或不允许辐射通过，这在高效捕获发射方面显然是个优点。辐射探测器的“能力分辨率”是指该探测器分辨能量等级非常相似的能量射线(例如，γ射线)的能力。通常在对给定能源的标准辐射发射能进行了测量后，以百分比的形式报导能量分辨率。能量分辨率值较低是非常理想的，因为这样通常使得辐射探测器的质量较高。各种具有大多数或全部这些性质的闪烁体材料已经有了多年的使用经验。例如，铊活化碘化钠(NaI(Tl))已经在数十年里被广泛用作闪烁体。这种类型的晶体相对较大而且相当便宜。另外，NaI(Tl)晶体的特征在于光输出非常高。其它常见闪烁体材料的例子包括锗酸铋(BGO)、掺铈的正硅酸钆(GSO)和掺铈的正硅酸镥(LSO)。这些材料的每一种都具有一些非常适于某些应用的良好性质。如同熟悉闪烁体技术的人员所了解的那样，所有常规材料在具有自身属性的同时具有一个或多个缺陷。例如，铊活化碘化钠是非常软的吸湿性材料，容易吸收氧和水分。而且，这种材料产生大规模的、持续的余辉，会干扰强度计数系统。另外，NaI(Tl)的约230纳秒的衰减时间对许多应用而言太慢了。考虑到健康和环境问题，铊组分可能还要求特殊的处置程序。另一方面，BGO是非吸湿性的。但是，这种材料的光产量(NaI(Tl)的15％)对许多应用而言太低了。这种材料还有低的衰减时间。而且，它的折射系数高，由于内发射导致光损失。尽管GSO晶体对一些应用而言是合适的，但是其光产量仅仅是NaI(Tl)的约20％。而且，这些晶体容易解理。所以在不冒着整个晶体发生断裂的危险情况下，将这些晶体切割并抛光成任何特定形状都极其困难。LSO材料也有一些不足。例如，该晶体的镥元素含有少量天然的、衰减时间长的发射性同位素，Lu176。这种同位素的存在产生了背景计数率，会很大程度上干扰高灵敏探测器的应用。而且，镥极其昂贵，熔点相对较高，有时候可能导致加工困难。常规闪烁体对于某些应用的缺点激励着研究人员开发新材料。在两个公开的专利申请，P.Dorenbos等的WO 01/60944A2和WO01/60945 A2中介绍了部分这些新材料。这些参考文献描述了将铈活化的镧系元素-卤化物化合物用作闪烁体。第一篇提到的文献描述了Ce活化的镧系元素氯化物化合物的用途，而第二篇文献描述了Ce活化的镧系元素溴化物化合物的用途。声称含卤化物的材料能够同时提供良好的能量分辨率和低的衰减常数的组合。这种性质组合对有些应用而言可能非常有利。而且，这些材料明确显示出了可接受的光输出值。另外，它们不含镥，没有上述有时由镥元素导致的问题。Dorenbos公开在某种程度上似乎代表了闪烁体技术的进步。但是，这种进步是和对这些晶体的持续增长的需求这个背景相违背的。已经快速变得更加苛求的最终用途的一个例子是上述的测井。简而言之，闪烁体晶体(通常基于NaI(Tl))通常封闭在管子或盒子里，形成晶体封装。该封装包括相关的光电倍增管，并且被结合到移动通过井身的钻井工具里。闪烁元素通过捕获来自周围地质层的辐射并将该能量转变成光而起作用。生成的光传到光电倍增管。光脉冲转变成电脉冲。基于这些脉冲的数据可以通过“测量孔(up-hole)”传到分析装备，或者本地储存。目前，在钻井的同时获取并传送这种数据，即“边钻边测”(MWD)，很常见。熟悉测井应用的人员很容易理解，用于这种目的的闪烁体晶体必须能够在极高温度、以及苛刻的冲击和振动条件下工作。所以，闪烁体材料应该具有上述性质的许多的最大化组合，例如，高的光输出和能量分辨率以及快的衰减时间。(闪烁体也必须小得足以封闭到在极其受限的空间中适用的封装里)。当在很深处钻井时，可接受的性质阈值显著提高了。例如，随着钻井深度的增加，会严重抑制常规闪烁体晶体产生强光输出和高分辨率的能力。根据这些讨论，应该很容易明白，在本领域，如果新的闪烁体材料可以满足商业和工业使用的日益增长的需求，那么它们将极其受欢迎。该材料应该具有优异的光输出以及较快的衰减时间。还应该具有良好的能量分辨率性质，尤其对于γ射线而言。而且，该新闪烁体应该很容易转变成单晶材料或者其它透明固体。而且，它们应该能够高效、成本合理地生产，而且晶体尺寸可以接受。该闪烁体还应该和各种高能辐射探测器相容。
技术实现思路
本专利技术的一个实施方案涉及包括至少两种卤化铈的固溶体的闪烁体组合物。另一实施方案涉及用于探测高能辐射的辐射探测器。该探测器包括(a)晶体闪烁体，其自身包括至少两种卤化铈的固溶体和其任何反应产物；和(b)光耦合到所述闪烁体上的光探测器，从而能够响应所述闪烁体产生的光脉冲的发射产生电信号。用闪烁探测器探测高能辐射的方法构成了本专利技术的另一实施方案。所述方法包括下列步骤(A)由基于卤化铈的闪烁体晶体接收辐射，从而产生所述辐射的特征光子；和(B)用耦合到所述闪烁体晶体的光子探测器探测光子；其中所述闪烁体晶体由包括至少两种卤化铈的固溶体的组合物形成。附图说明图1是根据本专利技术的实施方案的闪烁体组合物的发射光谱图(在X射线激发下)。图2是另一根据本专利技术的实施方案的闪烁体组合物的发射光谱图(在X射线激发下)。图3是第三张根据本专利技术的实施方案的闪烁体组合物的发射光谱图(在X射线激发下)。具体实施例方式闪烁体组合物包括至少两种卤化铈的固溶体。该卤化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闪烁体组合物，包括至少两种卤化铈的固溶体。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：AM斯里瓦斯塔瓦，SJ杜克洛斯，HA科曼佐，Q邓，LL克拉克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]