[发明专利]一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料及其制备方法。所述的闪烁发光材料的化学通式为Mg₄Ta₂O₉:x at％Y(x＝2、4、6、8、10，Y＝Hf⁴⁺、Zr⁴⁺、Mo⁶⁺、W⁶⁺)，其制备方法为：按化学通式称取原料并混合均匀；然后将混合物在空气气氛中依次预烧、煅烧，再自然冷却到室温，研磨即可。本发明所制备的闪烁发光材料在X射线激发下的光产额为413～13469ph./MeV，稍低于Mg₄Ta₂O₉材料的光产额，但荧光寿命因掺杂大为缩短，为1186ns～3345ns，其中，掺杂钨时具有最短的衰减时间1186ns，约为Mg₄Ta₂O₉材料衰减时间的1/5。

技术领域

本发明涉及一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料及其制备方法，属于高能射线探测技术领域。

背景技术

闪烁体是指在射线(X射线、γ射线)或高能粒子等辐射能量作用下发射紫外或可见光的发光材料。目前已经广泛应用于核医学成像、核物理、高能物理、安检以及工业探测等领域中。

Mg₄Ta₂O₉属于三方晶系，空间群为P-3c1，晶胞参数为a＝0.51625(10)nm，c＝1.4062(4)nm。Mg₄Ta₂O₉闪烁的闪烁发光主要是由(TaO₆)^7-八面体Ta-O键的电荷迁移跃迁引起。

目前比较成熟的安检探头材料主要有CdWO₄晶体和CsI:Tl⁺晶体等。Mg₄Ta₂O₉具有优异的闪烁性能，其光输出为16000ph./MeV，比CdWO₄晶体的14000ph./MeV高，不及CsI:Tl⁺晶体的52000～56000ph./MeV；X射线作用激发其衰减时间为5.7μs，优于CdWO₄晶体的14μs，不及CsI:Tl⁺晶体的1μs；其能量分辨率为6.2％，优于CdWO₄晶体的8.3％，不及CsI:Tl⁺晶体的8.3％；Mg₄Ta₂O₉发光峰位于360nm，CdWO₄晶体的发光峰位于475nm，CsI:Tl⁺晶体的发光峰位于550nm，都有特定敏感波长的商用光电倍增管与之匹配，没有优劣之分。由此可见在光产额、能量分辨率及衰减时间，CsI:Tl⁺晶体最优，Mg₄Ta₂O₉晶体次之，CdWO₄晶体最末，探测波长不分优劣。Mg₄Ta₂O₉晶体的密度为6.2g/cm³，小于CdWO₄晶体7.9g/cm³，大于CsI:Tl⁺晶体的4.5g/cm³。Mg₄Ta₂O₉晶体的有效原子序数为59.6，小于CdWO₄晶体64.2，大于CsI:Tl⁺晶体的54；Mg₄Ta₂O₉晶体的662keVγ射线的衰减距离为1.82cm，大于CdWO₄晶体1.45cm，小于CsI:Tl⁺晶体的2.87cm；Mg₄Ta₂O₉晶体的余辉为0.011％/3ms，与CdWO₄晶体0.01％/3ms相当，远小于CsI:Tl⁺晶体的2％/3ms；由此可见密度、有效原子序数、射线衰减距离及余辉，CdWO₄晶体最优，Mg₄Ta₂O₉晶体次之，CsI:Tl⁺晶体最末。Mg₄Ta₂O₉晶体的熔点是1875℃，CdWO₄晶体的熔点是1325℃，CsI:Tl⁺晶体的熔点是621℃，都为一致熔融化合物。Mg₄Ta₂O₉的过高熔点使得它只适合用提拉法生长大晶体，不适合用坩埚下降法生长大晶体。但CdWO₄和CsI:Tl⁺晶体更适合用坩埚下降法生长，提拉法也可生长。从晶体制备成本来看，CdWO₄最高。Mg₄Ta₂O₉晶体不含有毒元素，CdWO₄和CsI:Tl⁺晶体分别含有毒元素Cd和Tl。Mg₄Ta₂O₉晶体在生产、加工到应用、回收都没有环境污染问题。Mg₄Ta₂O₉晶体是一种很有应用潜力的安检用新型闪烁材料。