Ce3+激活的混合卤化物钾冰晶石以及高能量分辨率闪烁体制造技术

本发明专利技术涉及Ce3+激活的混合卤化物钾冰晶石以及高能量分辨率闪烁体。描述闪烁体组合物，其包括基质材料和活化剂。该基质材料包括：至少一个碱金属或铊；不同于前面选择的碱金属的至少一个碱金属；至少一个镧系元素；以及至少两个卤素。该活化剂是铈。此外，还描述包括闪烁体组合物的辐射探测器以及用于探测高能量辐射的方法，所述辐射探测器构成本公开的一部分。

【技术实现步骤摘要】
Ce3+激活的混合卤化物钾冰晶石以及高能量分辨率闪烁体
本文公开的主题的实施例大体上涉及闪烁体化合物，更特别地，涉及Ce3+激活的混合卤化物钾冰晶石。
技术介绍
闪烁体材料通常用作对于伽马射线、X射线、宇宙射线和由大于大约1keV的能级表征的粒子的辐射探测器的部件。闪烁体晶体与光探测装置(即光电探测器)耦合。当来自于放射性核素源的光子冲击晶体时，晶体发出光。光电探测器产生与接收到的光脉冲的数量以及光脉冲的强度成比例的电信号。已经发现闪烁体对于化学、物理学、地质学以及医学中的应用是有用的。这些应用的具体示例包括正电子发射断层扫描(PET)装置、用于油气工业的测井以及各种数字成像应用。闪烁体也正在被研究用于在安全装置的探测器中使用，例如对于辐射源的探测器，其可指示集装箱中放射性材料的存在。对于所有这些应用，闪烁体的组成与装置性能有关。闪烁体需要响应于X射线和伽马射线激发。此外，闪烁体应当具有许多增强辐射探测的特性。例如，大多数闪烁体材料具有高的光输出、短的衰落时间、高的“阻止本领”以及可接受的能量分辨率。此外，其它性质也可以是相关的，这取决于闪烁体如何被使用，如下文提到的。具有这些特性的大多数或全部的各种闪烁体材料已经使用多年。示例包括铊激活的碘化钠(NaI(Tl))；锗酸铋(BGO)；铈掺杂正硅酸钆(GSO)；铈掺杂正硅酸镥(LSO)；以及铈激活的镧系元素卤化物的化合物。这些材料中的每个具有适合于某些应用的性质。然而，它们中的多数也具有一些缺点。常见问题是低的光产额、物理缺陷，以及无法生产大尺寸、高质量的单晶体。也存在其它缺点。例如，铊激活的材料是非常吸湿的，并且还可以产生大和持续的余辉，这可以干扰闪烁体的功能。此外，BGO材料还遭受慢的衰落时间和低的光输出。另一方面，LSO材料是昂贵的，并且还可包括放射性镥同位素，其也会干扰闪烁体的功能。通常地，那些对获得用于辐射探测器的最佳闪烁体组成有兴趣的人们已经能够回顾上文提出的各种属性，并由此选择对于特定的装置的最好组成。例如，用于测井应用的闪烁体组成需要能够在高温中工作，而用于正电子发射断层扫描装置的闪烁体常常需要展现高的阻止本领。然而，随着所有辐射探测器增长的高级度和多样性，对大多数闪烁体所需的整体性能水平持续上升。从而，如果新的闪烁体材料能够满足对商业和工业使用的不断增长的需求，它们将具有可观的利益，这是明显的。这些材料应当展现出色的光输出。它们也应当具有一个或多个其它可取的特性，例如相对快的衰落时间和良好的能量分辨率特性，特别对伽马射线来说是这样。此外，它们应当能够以合理的成本和可接受的晶体尺寸被高效地生产。
技术实现思路
根据一个示范性实施例，存在闪烁体组合物(composition)，其包括任何反应产物，并且还包括基质材料，该基质材料包括从由碱金属和铊组成的组中选出的至少一个元素的第一组分，从由碱金属组成的组中选出的至少一个元素(其不同于该第一组分的该元素)的第二组分，从由镧系元素组成的组中选出的至少一个元素的第三组分以及从由卤素组成的组中选出的至少两个元素的第四组分。此外在该示范性实施例中，存在包括铈的用于基质材料的活化剂。根据另一个示范性实施例，存在用于探测包括晶体闪烁体的高能辐射的辐射探测器设备，该晶体闪烁体包括以下组合物和其任何反应产物：基质材料以及包括铈的用于基质材料的活化剂，该基质材料包括从由碱金属和铊组成的组中选出的至少一个元素的第一组分、从由碱金属组成的组中选出的至少一个元素(其不同于该第一组分的该元素)的第二组分、从由镧系元素组成的组中选出的至少一个元素的第三组分、从由卤素组成的组中选出的至少两个元素的第四组分。此外在该示范性实施例中，光电探测器光耦合于闪烁体并配置成响应于由闪烁体产生的光脉冲的发射而产生电信号。根据另一个示范性实施例，存在用于使用闪烁体探测器来探测高能量辐射的方法，该闪烁体探测器包括通过闪烁体晶体接收辐射以便产生表征辐射的光子，并且用耦合于闪烁体晶体的光子探测器探测这些光子的步骤。继续该示范性实施例，闪烁体晶体由组合物构成，该组合物包括以下物质和其任何反应产物：基质材料以及包括铈的用于基质材料的活化剂，该基质材料包括从由碱金属和铊组成的组中选出的至少一个元素的第一组分、从由碱金属组成的组中选出的至少一个元素(其不同于该第一组分的该元素)的第二组分、从由镧系元素组成的组中选出的至少一个元素的第三组分、从由卤素组成的组中选出的至少两个元素的第四组分。附图说明包含在本说明书中并且构成其一部分的附图图示本专利技术的一个或多个实施例并且与描述一起解释这些实施例。在图中：图1是钾冰晶石闪烁体组合物的示范性实施例；图2是结合钾冰晶石闪烁体组合物晶体和光电探测器的辐射探测器的示范性实施例；图3是图示用于利用闪烁体探测器来探测高能量辐射的步骤的示范性实施例流程图；以及图4是根据示范性实施例的对于闪烁体组合物的发射光谱(在X射线激发下)的示范性实施例曲线图。具体实施方式示范性实施例的下列说明指附图。不同的图中相同的标号标识相同或相似的元件。下列详细说明不限制本专利技术。相反，本专利技术的范围由附上的权利要求限定。为了简化，下列实施例关于高能量分辨率的闪烁钾冰晶石化合物的术语和结构论述。整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意思是连同实施例描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主旨的至少一个实施例中。从而，在整个说明书中各种地方出现的短语“在一个实施例中，，或“在实施例中”不必指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可采用任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。现在看图1，闪烁体组合物100的示范性实施例基于主体晶格(基质材料)102，其具有钾冰晶石晶体结构并具有A2BLnX6的通式，其中A104是1A族元素钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和铊(Tl)中的一个或多个；B106是1A族元素锂(Li)和钠(Na)中的一个或多个；X110是氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)中的一个或多个；以及Ln108是镧系元素。在该示范性实施例的所有情况中，闪烁体组合物100使用三价铈离子(Ce3+)活化剂112以在紫外线、X射线和伽马射线激发下产生高效冷光。在该示范性实施例的另外的方面，三价铈离子(Ce3+)可以与一价铊(Tl+)和三价铋(Bi+)中的一个或多个相结合以增加密度，并因此增强闪烁体组合物100的阻止本领。在该示范性实施例的另一方面，这样的三价铈掺杂允许制造具有与更厚的非掺杂晶体相同的阻止本领的更薄的晶体。在该示范性实施例的另一个方面，预测添加一价铊(Tl+)离子和三价铋(Bi+)离子以通过减少能带间隙来提高光输出。作为示例，Ce3+激活的LaBr3和LaCl3的光输出(LO)分别为每MeV61,000和46,000个光子。因此，该示范性实施例提供了对于LaBr3为2.85％的能量分辨率以及对于LaCl3为3.30％的能量分辨率。假定混合卤化物优于单一卤化物的更高效率的意外结果是示范性钾冰晶石的闪烁体组合物100，Cs2NaLaBr4I2。预期特定的卤化物将具有最大效率，并且混合卤化物将基于所牵涉的卤化物的类型和数量而降低效率，即在个体卤化物的效率之间的某处的效率。在与该预测相反的该示范性实施例的结果中，四个溴离子的卤化物和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闪烁体组合物，其包括下列物质和其任何反应产物：基质材料，其包括：从由碱金属和铊组成的组中选出的至少一个元素的第一组分；从由碱金属组成的组中选出的不同于所述第一组分的所述至少一个元素的至少一个元素的第二组分；从由镧系元素组成的组中选出的至少一个元素的第三组分；从由卤素组成的组中选出的至少两个元素的第四组分；以及用于基质材料的活化剂，其包括铈。

【技术特征摘要】
1.一种闪烁体组合物，其包括下列物质和其任何反应产物：基质材料，其包括：从由碱金属和铊组成的组中选出的至少一个元素的第一组分；从由碱金属组成的组中选出的不同于所述第一组分的所述至少一个元素的至少一个元素的第二组分；从由镧系元素组成的组中选出的至少一个元素的第三组分；以及从由卤素组成的组中选出的至少两个元素的第四组分；以及用于基质材料的活化剂，其包括铈；其中所述闪烁组合物是Ce3+激活的混合卤化物钾冰晶；其中所述第一组分的所述碱金属从由钾、铷、铯和其组合组成的组中选出；其中所述第二组分的所述碱金属从由锂、钠和其组合组成的组中选出；其中所述第三组分的所述镧系元素是镧。2.如权利要求1所述的闪烁体组合物，其中所述第四组分的所述卤素从由氟、氯、溴、碘和其组合组成的组中选出。3.如权利要求1所述的闪烁体组合物，其中所述第四组分的所述卤素是相应地比例为二比一的溴和碘。4.如权利要求1所述的闪烁体组合物，其中所述活化剂基于活化剂和基质材料的总摩尔数以1摩尔百分比到20摩尔百分比范围中的水平存在。5.如权利要求1所述的闪烁体组合物，其中所述基质材料包括化学式为A2BLnX6的化合物，其中A为从由碱金属和铊组成的组中选出的至少一个元素；B为从由碱金属组成的组中选出的至少一个元素，其不同于所述A元素；Ln是从由镧系元素组成的组中选出的至少一个元素；以及X是从由卤素和其组合组成的组中选出的至少两个元素。6.如权利要求5所述的闪烁体组合物，其中Ln是镧。7.如权利要求5所述的闪烁体组合物，其中X是相应地比例为二比一的溴和碘。8.如权利要求1所述的闪烁体组合物，其中所述基质材料进一步包括铋。9.如权利要求8所述的闪烁体组合物，其中所述铋基于活化剂和基质材料的总摩尔数以1摩尔百分比到40摩尔百分比的水平存在。10.如权利要求1所述的闪烁体组合物，其中所述基质材料包括从由Cs2NaLaBr5I、Cs2NaLaBr4I2、Cs2NaLaBr3I3、Cs2NaLaBr2I4、Cs2NaLaBr1I5和Cs2Na(La1-xCex)Br4I2组成的组中选出至少一个化合物，其中0.01≤x≤1.00。11.一种用于探测高能量辐射的辐射探测器设备，所述设备包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·斯里瓦斯塔瓦，H·A·科曼佐，V·S·文卡塔拉曼尼，S·J·杜克罗斯，L·L·克拉克，邓群，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：