[发明专利]Ce3+激活的混合卤化物钾冰晶石以及高能量分辨率闪烁体

说明书

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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