[发明专利]稀土卤化物闪烁材料及其应用

说明书

本发明提供了一种稀土卤化物闪烁材料及其应用。该稀土卤化物闪烁材料的化学通式为RE_aCe_bX₃，其中RE为稀土元素La、Gd、Lu或Y，X为卤素Cl、Br及I中的一种或两种，0≤a≤1.1，0.01≤b≤1.1，且1.0001≤a+b≤1.2。通过采用同组分的+2价稀土卤化物作为掺杂剂代替现有技术中的异质碱土金属卤化物进行掺杂，使得稀土卤化物闪烁材料中卤素离子相对短缺，稀土离子的表观价态介于+2和+3价之间，属于一种非整比化合物，但仍保持原整比化合物的晶体结构，且具有比整比化合物更优异的能量分辨率和能量响应线性。

技术领域

本发明涉及无机闪烁材料领域，具体而言，涉及一种稀土卤化物闪烁材料及其应用。

背景技术

闪烁材料可用于α射线、γ射线、X射线等高能射线以及中子等高能粒子的探测，在核医学、高能物理、安全检查、石油测井等领域均有广泛应用。

闪烁材料通常以单晶体的形式应用，在部分情况下也可以是陶瓷或其他形式。不同的应用领域对闪烁材料的性能要求不尽相同。但对大多数应用领域而言，都希望闪烁材料具有尽量高的光产额、尽量短的衰减时间和尽量高的能量分辨率。特别是对于正电子发射断层扫描仪(positron emission tomography，PET)之类的核医学成像装置而言，这些参数对成像质量至关重要。

E.V.D.van Loef等人于2001年公开的LaBr₃:Ce晶体，具有很高的光输出(60000ph/MeV)、很短的衰减时间(30ns)和很高的能量分辨率(约3％@662keV)，是一种性能极为优异的闪烁材料。已公开的其它稀土卤化物闪烁晶体还包括：CeBr₃、LaCl₃:Ce、LuI₃:Ce、YI₃:Ce、GdI₃:Ce，它们也都具有优异的闪烁性能。

然而，现有的些稀土卤化物闪烁晶体均为整比化合物，这些化合物当中的稀土离子均呈稳定的+3价。

采用碱土金属离子进行掺杂，可以进一步改善LaBr₃:Ce晶体的能量分辨率和能量响应线性。但由于碱土金属离子与稀土离子同时存在半径和价态差异，这种掺杂易于引发晶体生长缺陷，且掺杂浓度较为有限。采用卤素离子与碱土金属离子共掺，可以有效解决这一问题，提高碱土金属离子的掺杂浓度并减少晶体生长缺陷。但该方案也有其缺点，即组分较为复杂，会因不同离子的分布不均匀而造成晶体闪烁性能的一致性欠佳。

掺杂的LaBr₃:Ce晶体中稀土离子和碱土金属离子分别呈稳定的+3价和+2价，同样是整比化合物。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种稀土卤化物闪烁材料及其应用，以提升现有稀土卤化物闪烁材料的性能。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种稀土卤化物闪烁材料，该稀土卤化物闪烁材料的化学通式为RE_aCe_bX₃，其中RE为稀土元素La、Gd、Lu或Y，X为卤素Cl、Br及I中的一种或两种，0≤a≤1.1，0.01≤b≤1.1，且1.0001≤a+b≤1.2。

进一步地，RE为La，X为Br。

进一步地，RE为La，X为Cl。

进一步地，RE为Gd、Lu或Y，X为I。

进一步地，0.9≤a≤1.1，0.02≤b≤0.2，且1.0001≤a+b≤1.1。

进一步地，a＝0，1.0001≤b≤1.1。

进一步地，稀土卤化物闪烁材料为单晶体。