[发明专利]一种稀土掺杂钽酸镁系列闪烁发光材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂钽酸镁系列闪烁发光材料及其制备方法和应用。本发明的稀土掺杂钽酸镁系列闪烁发光材料的化学组成表达式为：Mg₄Ta₂O₉:RE。本发明中的闪烁发光材料采用高温固相法合成，在空气中稳定存在，工艺安全简单，容易控制。所发明的闪烁发光材料，在X射线激发下，得到的不同稀土掺杂的Mg₄Ta₂O₉:RE样品光产额在13848～43917ph/MeV。其中样品Mg₄Ta₂O₉：0.25at％Gd光产额最高，是CsI(Tl)的81％，是Mg₄Ta₂O₉(简称MTO)和CdWO₄的2.4倍。

技术领域

本发明涉及一种稀土掺杂钽酸镁系列闪烁发光材料及其制备方法和应用，属于X射线检测技术领域。

背景技术

无机闪烁晶体广泛应用于高能物理与核物理、天体物理、医学成像、地质勘探、安全检测及国防安全等领域。特别是机场安检、海关集装箱检查等，需要大量基于闪烁晶体的X射线成像探头，目前比较成熟的安检探头材料主要有CdWO₄晶体、CsI(Tl)晶体等。CdWO₄具有良好的射线阻止本领，几乎没有余辉，但亮度相对较低，并且Cd有毒。CsI:Tl具有良好的光产额和射线阻止本领，但其衰减时间比较长，并且Tl有毒。因此，探索新型无毒环保的具有优异性能的闪烁晶体，是当前安检应用领域的迫切需求和发展重心。

Mg₄Ta₂O₉(简称MTO)晶体材料属于六方晶系，具有钛铁矿结构，空间群为P3c1(165)，晶格常数为a＝0.51611nm，c＝1.40435nm，V＝0.32396nm³。Mg₄Ta₂O₉晶体的662keV¹³⁷Csγ射线光产额为13000±2000ph/MeV，和CdWO₄晶体(12000～15000ph/MeV)相当，约为CsI(Tl)晶体光产额(52000～56000ph/MeV)的24％；能量分辨率为6.2％，高于CdWO₄晶体8.3％的能量分辨率，和CsI(Tl)的能量分辨率(5.7％)相当；其衰减时间为4.5μs，优于CdWO₄晶体的14μs，长于CsI(Tl)晶体的1μs。该晶体环境友好，从生产、加工到应用、回收都没有有毒元素污染环境的问题，在射线成像探头方面有潜在的应用前景，但是未见关于进一步提高MTO的光产额的报道。

从组成角度讲，稀土在闪烁晶体发展中发挥了巨大的作用。大部分稀土离子(Ce³⁺-Yb³⁺)具有未完全充满的4f电子层，共有1639个能级，可能发生跃迁的数目高达199177个，是一个巨大的发光宝库，已广泛用作发光材料的激活剂和敏化剂。然而在Mg₄Ta₂O₉材料中掺杂稀土离子却鲜有报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是：如何进一步提高Mg₄Ta₂O₉晶体的光产额的问题。