辐射探测用的卤化物闪烁体制造技术

本发明专利技术涉及辐射探测用的卤化物闪烁体。具体地，公开了一种卤化物闪烁体材料。所述材料是单晶的且具有式A3MBr6(1-x)Cl6x(如Cs3CeBr6(1-x)Cl6x)或AM2Br7(1-x)Cl7x(如CsCe2Br7(1-x)Cl7x)的组成，0≤x≤1，其中A基本由Li、Na、K、Rb、Cs或其任意组合组成，和M基本由Ce、Sc、Y、La、Lu、Gd、Pr、Tb、Yb、Nd或其任意组合组成。更进一步地，公开了上述组成的卤化物闪烁体材料的制备方法。在一个实例中，混和高纯度起始卤化物(如CsBr、CeBr3、CsCl和CeCl3)，并将其熔融以合成具有闪烁体材料所需组成的化合物。闪烁体材料的单晶随后通过Bridgman方法从所合成的化合物生长。公开的闪烁体材料适于制造用于例如医学成像和国土安全的闪烁体探测器。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及用于在安全成像、医学成像、颗粒物理学以及其它应用中探测电离辐射的闪烁体材料，所述电离辐射例如是X-射线、Y-射线和热中子辐射。本公开内容特别涉及卤化物闪烁体材料。某些方案也涉及这些闪烁体材料的具体组合物、其制备方法以及利用这些闪烁体材料作为组分的设备。
技术介绍
闪烁体材料(其对冲击辐射(impinging radiation)如X-射线、Y -射线和热中子辐射产生响应发出光脉冲)用于探测器中，这些探测器在医学成像、颗粒物理学、地质勘探、安全和其它相关领域有广泛的应用。关于选择闪烁体材料的考虑一般包括但不限于亮度(luminosity)、衰减时间和发射波长。虽然已经制备了许多种闪烁体材料，但仍一直需要更优的闪烁体材料。
技术实现思路
本公开内容通常涉及卤化物闪烁体材料和制备这些闪烁体材料的方法。在一个方案中，卤化物闪烁体材料是单晶的且具有式A^Bi^yCU的组成，0彡χ ( 1，其中A基本由 Li、Na、K、Rb、Cs 或其任意组合组成，和 M 基本由 Ce、Sc、Y、La、Lu、Gd、Pr、Tb、Yb、Nd 或其任意组合组成。在另一方案中，商化物闪烁体材料是单晶的且具有式ΑΜ2Βι·7α_χ)αΛ的组成， 0 ^ χ ^ 1，其中A基本由Li、Na、K、Rb、Cs或其任意组合组成，和M基本由Ce、Sc、Y、La、 Lu、Gd、ft~、TbJb、Nd或其任意组合组成。这些闪烁体材料的特殊实例包括单晶CS3CeBr6(1_x) Cl6x和CsCe2Br7(1_riCl7x。更特别的例子包括各式的断点成员=Cs3CeBr6和CsCe2Br7,即，χ = 0 ；和 Cs3CeCl6 和 CsCii2Cl7, SP，χ = 1。本公开内容的另一方面涉及制备上述组成的卤化物闪烁体材料的方法。在一个实例中，混和高纯度起始卤化物(如CsBr、CeBr3、CsCl和CeCl3)，并将其熔化以合成具有所需闪烁体材料组成的化合物。单晶闪烁体材料通过Bridgman方法从所合成的化合物生长，其中将包含所合成的化合物的密封安瓿以受控的速度从热区域至冷区域输送通过受控的温度梯度，从而由熔融的合成化合物形成单晶闪烁体。附图说明图1示出了根据本专利技术一方面制备的单晶Cs3CeCl6。图 2 示出了 (a)Cs3CeCl6, (b)CsCe2Cl7, (C)Cs3CeBr6 和(d)CsCe2Br7 单晶的辐射发光光谱；X-射线源钨，35kV，0. 1mA。图 3 示出了 (a)Cs3CeCl6, (b)Cs3CeBr6, (C)CsCe2Cl7 和(d)CsCe2Br7 单晶的闪烁衰减时间谱；所述谱使用137Cs Y-射线源(662keV)测量。图4示出了(a) CsCe2Cl7和(b) CsCe2Cl7晶体的能谱，(归一化的，BGO标准样品在波段no. 100有光峰)；所述谱使用137Cs γ，-射线源(662keV)测量。图5示出了 CsCe2Br7单晶的能谱，(归一化的，BGO标准样品在波段no. 100有光峰)。图6示出了 CsCe2Br7单晶的闪烁衰减时间谱；所述谱使用137Cs Y -射线源 (662keV)测量。图7示出了 Cs3CeBr6单晶的闪烁衰减时间谱；所述谱使用137Cs Y -射线源 (662keV)测量。图8示出了 CsCe2Br7的X-射线激发的辐射发光光谱；图9示出了 Cs3CeBr6的X-射线激发的辐射发光光谱；图10分别示出Cs3CeBr6和CsCe2Br7晶体的能谱(归一化的，BGO标准样品在波段 no. 100有光峰)；所述谱使用137Cs γ -射线源(662keV)测量。图11示出了 Cs3CeBr6单晶的闪烁衰减时间谱；所述谱使用137Cs Y -射线源 (662keV)测量。图12示出了 CsCe2Br7单晶的闪烁衰减时间谱；所述谱使用137S Y _射线源 (662keV)测量。图13分别示出了 CsCe2Br7和Cs3CeBr6的X-射线激发的辐射发光光谱。具体实施例方式I.概述无机闪烁体通常用于核和高能物理研究、医学成像、国土安全以及地质勘探。这些材料一般对于探测具有充分的阻止能力、高亮度、室温下高光谱能量分辨率以及短衰减时间。某些铈掺杂的卤化物如LaCl3 = Ce和LaBr3:Ce，室温下对Y -射线探测具有令人满意的闪烁性能。闪烁体的其它合意性能在于能进行中子-Y识别，这在核不扩散应用方面是重要的。包含钆、锂和硼的材料用于快速和有效地区分中子和Y-射线。本公开内容的一方面中，卤化物闪烁体材料是单晶的且具有式A3MBr6(H)Clfix的组成，0彡χ彡1，其中A基本由Li、Na、K、Rb、Cs或其任意组合组成，和M基本由Cejc、Y、La、 Lu、Gd、ft·、Tb、％、Nd或其任意组合组成。在另一方案中，卤化物闪烁体材料是单晶的且具有式AM2Br7(1_x)Cl^的组成，0彡χ彡1，其中A基本由Li、Na、K、Rb、Cs或其任意组合组成， 和M基本由Ce、Sc、Y、La、Lu、Gd、Pr、Tb、Yb, Nd或其任意组合组成。这些闪烁体材料的特殊实例包括单晶CsfeBredyCU和CSCe2Br7a_x)Cl7x。更特别的例子包括各式的端点成员 Cs3CeBr6 和 CsCe2Br7,即，χ = 0 ；禾口 Cs3CeCl6 和 CsCe2Cl7,即，χ = 1。已知 Cs3CeCl6、Cs3CeBr6、CsCe2Cl7 禾口 CsCe2Br7 是相合溶融(congruently-melting) 的化合物并且因此适合由熔体来进行晶体的实际生长。上述材料具有足够高的密度，预期具有迅速的闪烁衰减和由于Ce的5d_4f发光而具有高的光输出，这使它们非常适合在例如医学成像和国土安全的应用中用于Y射线和/或χ-射线探测。本公开内容的另一方面涉及上述组成的卤化物闪烁体材料的制造方法。在一个实例中，混和高纯度起始卤化物(如CsBr、CeBr3、CsCl和CeCl3)，并将其熔融以合成具有闪烁体材料所需组成的化合物。闪烁体材料的单晶然后通过Bridgman方法从所合成的化合物生长，其中将包含所合成的化合物的密封安瓿从热区域至冷区域以受控的速度输送通过受控的温度梯度，来由熔融的合成化合物形成单晶闪烁体。本公开内容的另一方面中，上述闪烁体材料用于通过闪烁进行辐射探测。例如，辐射探测器能包括上述闪烁体，其响应于冲击辐射产生光子。闪烁体光耦合到光子探测器，如光电倍增管(PMT)，其经设置以接收通过闪烁体产生的光子，且适于产生指示光子生成的信号。II.实施例配置(a)闪烁体晶体生长在一个方案中，配有翻译机构的改进区电动力学梯度美伦炉 (Electro-Dynamic Gradient Mellen furnace) MTfflilBridgman晶。作为第一步，通过在石英安瓿中混和和熔化初始无水卤化物合成这些化合物。首先焙烧石英安瓿，利用HF稀溶液和去离子水冲洗使其新鲜清洁。高纯度、无水珠状初始化合物(例如用于 Cs3CeCl6 和 CsCe2Cl7 的 CsCl 和 CeCl3 ；用于 Cs3CeBr6 和 CsCe2Br7 的 CsBr 和 CeBr3 ；用于 C&a本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．含单晶的闪烁体材料，所述单晶具有下式的组成，Ａ３ＭＢｒ６（１－ｘ）Ｃｌ６ｘ，０≤ｘ≤１其中Ａ基本由Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ或其任意组合组成，和Ｍ基本由Ｃｅ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｎｄ或其任意组合组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K·杨，M·朱拉夫勒瓦，C·L·梅彻尔，P·斯祖伊茨恩斯基，
申请(专利权)人：美国西门子医疗解决公司，田纳西大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：US