碱金属和稀土金属钨酸盐的闪烁剂组合物制造技术

用于检测高能辐射、诸如Ｘ射线、β或γ射线的闪烁剂组合物，它含有碱金属和稀土金属焦钨酸盐。具体地，这种焦钨酸盐是一种复钨酸盐，它包含选自Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ和Ｃｓ的一种碱金属氧化物和选自Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ的一种稀土金属元素的氧化物。这种闪烁剂的特征为具有高的光输出、降低的余辉、短的衰减时间以及高的Ｘ射线阻止本领。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及闪烁剂组合物，更具体地，是涉及含碱金属和稀土金属钨酸盐的固态X-射线闪烁剂组合物。本专利技术也涉及生产这类组合物的方法。CT体系的一种重要性质是扫描时间，即CT系统进行扫描并获得观察客体的一桢影像所需的时间。CT体系的扫描时间以大约1000的系数与闪烁剂的初始衰减时间(此后有时简单地称为“衰减时间”)有关。这样，衰减时间为1毫秒的闪烁剂通常导致约1秒的扫描时间。含有目前一代闪烁剂的扫描单元具有1秒量级的扫描时间，并且在任何情况下不低于约0.7秒。在未来一代CT扫描器等装置中，需要更短的扫描时间。这是真实的，因为降低的扫描时间可能增加在给定时间，通常是一次呼吸期内，覆盖的患者体积。还有，它能降低由于内部器官运动和不合作的患者，包括儿科患者的活动所造成的影像模糊不清的程度。如果扫描器的初始衰减时间能缩短，则这种数值的扫描时间可以达到。以秒计的扫描时间是与相等数目的毫秒计的初始衰减时间相应的。当CT扫描器中的数据采集速度由于电子电路设计方面的进展而增加时，就需要更快的闪烁剂，即，较短的接收激发辐射脉冲之间的时间，以便充分发挥扫描器能力的优点。这样，目前这代陶瓷闪烁剂所表现出来的任何可以测量到的衰减时间方面的降低百分数都将意味道着明显的改进，特别是当伴随着上述其它有益性质的改进时。在目前这代CT扫描器的优选的闪烁剂组合物中有应用至少一种镥、钇、钆的氧化物作为基质材料的陶瓷闪烁剂。这些已被译尽地描述于，例如，美国专利Nos.4,421,671、4,473,513、4,525,628和4,783,596中。它们典型地含有主要部份的氧化钇(Y2O3)、多至约50摩尔百分数的氧化钆(Gd2O3)以及少量活化部分(典型地约0.02-12、优选约1-6、最优选约3摩尔百分数)的稀土活化剂氧化物。合适的活化剂氧化物，如在上述专利文献中所描述的，包括铕、钕、钇、镝、铽和镨的氧化物。铕活化的闪烁剂常常优选用于商品X-射线检测器中，理由是它们具有高的发光效率、低的余辉水平以及其它有益特征。一般铕在其中存在的量可多至30摩尔百分数，最常是多至约12摩尔百分数，优选在1-6、最优选约3摩尔百分数范围内。这类闪烁剂的衰减时间在0.9-1.0毫秒量级。这样，有需要继续寻求具有更短衰减时间结合上述其它有益性质的陶瓷闪烁剂组合物。本专利技术的这种闪烁剂组合物是具有通式为AD(WO4)n的碱金属和稀土金属的钨酸盐；其中A是至少一种选自Na、K、Rb和Cs的元素；D是至少一种选Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的稀土元素；n值大于或等于2。这样一种钨酸盐通常也被称为焦钨酸盐，因为它的每个单位晶胞中含有多个WO42-离子。当n值等于2时，它通常被称为一种复钨酸盐。按照本专利技术的一个方面，这种闪烁剂组合物具有CsY1-xGdx(WO4)2或CsLa1-yLuy(WO4)2的式子，其中0≤x≤1并且0≤y≤1，并且可用作X-射线闪烁剂。这样一种闪烁剂有效地吸收X-射线并在可见光区域发射电磁射线。按照本专利技术的另一个方面，是提供了一种生产闪烁剂组合物的方法，它包括以下步骤(1)提供适量的(a)至少一种选自Na、K、Rb、Cs这类碱金属的含氧化合物，(b)至少一种选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu这类稀土元素的含氧化合物，(c)至少一种钨的含氧化合物；(2)将所述化合物混合在一起形成混合物；(3)在混合物中供选择地加入至少一种选自Na、K、Rb、Cs、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和W的卤化物作为熔剂化合物，其用量应足以作为熔剂起作用；(4)把混合物在能够转化混合物成为碱金属和稀土元素钨酸盐的固体溶液的温度下加热足够长时间。在本专利技术的另外一方面中，把以下化合物所组成的溶液(a)至少一种选自Na、K、Rb、Cs这类碱金属的化合物，(b)至少一种选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu这类稀土元素的化合物，(c)至少一种钨的化合物，在碱性溶液中沉淀以获得一种含氧化合物的混合物，其中含有至少一种碱金属、至少一种烯土金属和钨。把这种沉淀在氧化大气中煅烧，然后在足以把煅烧过的材料转化为碱金属和稀土元素钨酸盐的固体溶液的温度下加热足够长的时间。在本专利技术的另一方面中，是把具有式子为AD(WO4)2的碱金属和稀土金属钨酸盐并入到CT系统的X-射线检测器中，其中A是至少一种选自Na、K、Rb、Cs的元素；D是至少一种选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的稀土元素。本专利技术的其它特色和优点将通过仔细阅读以下本专利技术的详尽描述以及伴随的附图而变得更明显，附图中同样的数字指同样的参数。附图说明图1是本专利技术的CsGd(WO4)2闪烁剂在来自钨阳极的具有60keV峰值能量的X-射线激发下的发射光谱。图2是本专利技术的CsLu(WO4)2闪烁剂在来自钨阳极的具有60keV峰值能量的X-射线激发下的发射光谱。图3是本专利技术的CsY(WO4)2闪烁剂在来自钨阳极的具有60keV峰值能量的X-射线激发下的发射光谱。图4是本专利技术的RbGd(WO4)2闪烁剂在来自钨阳极的具有60keV峰值能量的X-射线激发下的发射光谱。图5是本专利技术的RbLu(WO4)2闪烁剂在来自钨阳极的具有60keV峰值能量的X-射线激发下的发射光谱。图6是本专利技术的RbY(WO4)2闪烁剂在来自钨阳极的具有60keV峰值能量的X-射线激发下的发射光谱。像这里所使用的，术语“光输出”是指闪烁剂被一个具有平均强度为约33keV、峰强度为60keV、持续时间500毫秒的X-射线脉冲激发后所发射的可见光量。为了容易比较，在本公开内容中提供的光输光是对比一种已确立标准的铕活化的钇钆氧化物闪烁剂的光输出的相对值。术语“余辉”是指闪烁剂在X-射线激发停止100毫秒以后闪烁剂所发射的光强度，报告的值是闪烁剂被X-射线激发时发射的光强度的百分数。术语“衰减时间”、“初级衰减”或“初级速度”是指光发射的强度降低到X-射线激发停止时光强度的约36.8％(或1/e)时所需的时间。术语“阻止本领”是指材料吸收X-射线的能力，通常称为“衰减”或“吸收”。具有高度阻止本领的材料只允许小量或没有X-射线通过。阻止本领直接与闪烁剂的密度和它所包含的元素有关。这样，生产出具有高密度的闪烁剂是有益的。术语“射线变质”是指发光材料的特性，其中发光材料在响应给定强度的激发射线时所发射的光的量在这种材料被暴露于高辐射剂量后发生变化。较高的光输出是有益的，因为只需较低量的X-射线激发能量。于是，患者只暴露于较低剂量的X-射线能量。降低的余辉是有益的，因为影像更清晰并且没有影像后生物、有时称之为“假像”。较短的衰减时间是优选的，因为可以减少扫描时间，导致更有效地使用CT系统。较高的阻止本领是优选的，因为只需要较小量的闪烁剂。这样，可能做成较薄的检测器，导致较低的制造费用。低的辐射变质是有益的，因为闪烁剂对激发射线的灵敏度在长时期使用过程中基本上可保持恒定。本专利技术的闪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含钨酸盐并具有式子ＡＤ（ＷＯ↓［４］）↓［ｎ］的闪烁组合物，其中Ａ是至少一种选自Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ和Ｃｓ的元素；Ｄ是至少一种选自Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ和Ｌｕ的稀土元素；ｎ值大于或等于２。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RJ莱昂斯，SM罗雷洛，JS瓦图利，VS温卡塔拉马尼，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]