包含稀土鹵化物的閃爍晶體，以及包括閃爍晶體的輻射檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及包含稀土鹵化物的閃爍晶體和包括這種閃爍晶體的輻射檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 輻射檢測裝置用于多種應(yīng)用中。例如，閃爍器可用于醫(yī)學(xué)成像，用于油氣工業(yè)中的 測井，以及用于環(huán)境監(jiān)測、安全應(yīng)用和核物理分析和應(yīng)用。用于輻射檢測裝置的閃爍晶體可 包括稀土鹵化物。需要閃爍晶體的進(jìn)一步的改進(jìn)。
【附圖說明】
[0003] 實(shí)施例以示例的方式顯示，且不限于附圖。
[0004] 圖1包括根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的輻射檢測裝置的圖示。
[0005] 圖2包括在大約8keV至大約90keV的范圍內(nèi)的y射線能量下，對于LaBr3=Ce閃 爍晶體的不同組成，隨能量而變化的能量分辨率的圖。
[0006] 圖3包括在大約276keV至大約662keV的范圍內(nèi)的y射線能量下，對于LaBr3=Ce 閃爍晶體的不同組成，隨能量而變化的能量分辨率比的圖。
[0007] 圖4包括在大約8keV至大約90keV的范圍內(nèi)的y射線能量下，對于CeBrJX^* 晶體的不同組成，隨能量而變化的能量分辨率的圖。
[0008] 圖5包括在大約276keV至大約662keV的范圍內(nèi)的y射線能量下，對于CeBr3R 爍晶體的不同組成，隨能量而變化的能量分辨率比的圖。
[0009] 圖6包括在大約8keV至大約1332keV范圍內(nèi)的y射線能量下，LaBr3:Ce閃爍晶 體的不同組成的非比例性（non-proportionality)的圖。
[0010] 圖7包括在大約9keV至大約IOOkeV范圍內(nèi)的y射線能量下，LaBr3 =Ce閃爍晶 體的不同組成的非比例性的圖。
[0011] 圖8包括在大約8keV至大約1332keV范圍內(nèi)的y射線能量下，CeBr3閃爍晶體的 不同組成的非比例性的圖。
[0012] 圖9包括在大約IlkeV至大約IOOkeV范圍內(nèi)的Y射線能量下，CeBrJX^*晶體的 不同組成的非比例性的圖。
[0013] 圖10包括在一定溫度范圍內(nèi)，LaBr3閃爍晶體的不同組成的相對光輸出的圖。
[0014] 本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，圖中的元件為了簡單和清晰而顯示，且不必按比例繪制。例 如，圖中的一些元件的尺寸可相對于其他元件增大，以協(xié)助增進(jìn)對本發(fā)明的實(shí)施例的理解。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 通過結(jié)合附圖的如下描述以協(xié)助理解本文公開的教導(dǎo)。如下討論將集中于教導(dǎo)的 具體實(shí)施和實(shí)施例。提供該焦點(diǎn)以協(xié)助描述教導(dǎo)，且該焦點(diǎn)不應(yīng)被解釋為對教導(dǎo)的范圍或 適用性的限制。
[0016] 當(dāng)指代值時(shí)，術(shù)語"平均的"旨在意指平均值、幾何平均值或中值。
[0017] 如本文所用，術(shù)語"包含"、"包括"、"具有"或它們的任何其他變體旨在涵蓋非排他 性的包括。例如，包括一系列特征的過程、方法、制品或裝置不必僅限于那些特征，而是可包 括未明確列出的或這些過程、方法、制品或裝置所固有的其他特征。此外，除非明確相反指 出，"或"指包括性的或，而非排他性的或。例如，條件A或B由如下任一者滿足：A為真（或 存在）且B為假（或不存在），A為假（或不存在）且B為真（或存在），以及A和B均為 真（或存在）。
[0018] "一種"的使用用于描述本文描述的元件和部件。這僅為了便利，并提供本發(fā)明的 范圍的一般含義。該描述應(yīng)理解為包括一種或至少一種，且單數(shù)也包括復(fù)數(shù)，反之亦然，除 非其明顯具有相反含義。
[0019] 除非另外定義，本文所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù) 人員所通常理解的具有相同的含義。材料、方法和實(shí)例僅為說明性的，且不旨在為限制性 的。對于本文未描述的程度，有關(guān)具體材料和加工行為的許多細(xì)節(jié)為常規(guī)的，并可在閃爍和 輻射檢測領(lǐng)域內(nèi)的教科書和其他來源中找到。
[0020] 圖1示出了輻射檢測器裝置系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例。輻射檢測器裝置系統(tǒng)可為醫(yī) 學(xué)成像裝置，測井裝置、安全檢查裝置、核物理應(yīng)用等。在一個(gè)特定實(shí)施例中，輻射檢測裝置 可用于y射線分析，如單正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)（SPECT)或正電子發(fā)射斷層攝影 (PET)分析。
[0021] 在所示的實(shí)施例中，輻射檢測器裝置100包括光電傳感器101、光接口 103和閃爍 器件105。盡管光電傳感器101、光接口 103和閃爍器件105顯示為彼此分開，但本領(lǐng)域技 術(shù)人員將了解光電傳感器101和閃爍器件105可聯(lián)接至光接口 103,且光接口 103設(shè)置于光 電傳感器101與閃爍器件105之間。閃爍器件105和光電傳感器101可以以其他已知的聯(lián) 接方法（如使用光學(xué)凝膠或結(jié)合劑或直接通過光學(xué)聯(lián)接的元件的分子粘結(jié)）而光學(xué)聯(lián)接至 光接口 103。
[0022] 光電傳感器101可為光電倍增管（PMT)、半導(dǎo)體基光電倍增器或混合光電傳感器。 光電傳感器101可經(jīng)由輸入窗口 116接收由閃爍器件105發(fā)射的光子，并基于其接收的光 子數(shù)而產(chǎn)生電脈沖。光電傳感器101電聯(lián)接至電子模塊130。電脈沖可由電子模塊130整 形、數(shù)字化、分析或它們的任意組合，以提供在光電傳感器101處接收的光子的計(jì)數(shù)或其他 信息。電子模塊130可包括放大器、前置放大器、鑒別器、模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器、光子計(jì)數(shù) 器、另一電子部件或它們的任意組合。光電傳感器101可封裝于由能夠保護(hù)光電傳感器 101、電子模塊130或它們的組合的材料（如金屬、金屬合金、其他材料或它們的任意組合） 制得的管或外殼內(nèi)。
[0023] 閃爍器件105包括閃爍晶體107。閃爍晶體107的組成將在本說明書下文更詳細(xì) 地描述。閃爍晶體107基本上被反射器109圍繞。在一個(gè)實(shí)施例中，反射器109可包括聚 四氟乙烯（PTFE)、適于反射由閃爍晶體107發(fā)射的光的另一材料或它們的任意組合。在一 個(gè)示例性實(shí)施例中，反射器109可基本上被減震構(gòu)件111圍繞。閃爍晶體107、反射器109 和減震構(gòu)件111可封裝于殼體113內(nèi)。
[0024] 閃爍器件105包括至少一個(gè)穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，所述至少一個(gè)穩(wěn)定機(jī)構(gòu)適于減少閃爍晶體 107與輻射檢測裝置100的其他元件（如光接口103、殼體113、減震構(gòu)件111、反射器109 或它們的任意組合）之間的相對移動(dòng)。穩(wěn)定結(jié)構(gòu)可包括彈簧119、彈性體、另一合適的穩(wěn)定 機(jī)構(gòu)或它們的組合。穩(wěn)定機(jī)構(gòu)可適于將側(cè)向力、水平力或它們的組合施加至閃爍晶體107， 以穩(wěn)定其相對于輻射檢測裝置100的一種或多種其他元件的位置。
[0025] 如所示，光接口 103適于在光電傳感器101與閃爍器件105之間聯(lián)接。光接口 103 也適于促進(jìn)光電傳感器101與閃爍器件105之間的光聯(lián)接。光接口 103可包括聚合物，如 硅橡膠，所述聚合物極化以匹配閃爍晶體107和輸入窗口 116的反射指數(shù)。在其他實(shí)施例 中，光接口 103可包括凝膠或膠體（包括聚合物）和另外的元件。
[0026] 閃爍晶體107可包括稀土鹵化物。如本文所用，稀土元素包括Y、Sc和鑭系元素。 在一個(gè)實(shí)施例中，閃爍晶體107可包括一種或多種其他稀土元素。因此，閃爍晶體107可具 有如下所述的化學(xué)式。
[0027] Ln(ly)REyX3,其中：
[0028] Ln表示稀土元素；
[0029] RE表示不同的稀土元素；
[0030]y具有0至1式單位（"f.u. "）范圍內(nèi)的值；且
[0031] X表示鹵素。
[0032] 在特定實(shí)施例中，Ln可包括La、Gd、Lu或它們的任意混合物；且RE可包括Ce、Eu、 Pr、Tb、Nd或它們的任意混合物。在一個(gè)特定實(shí)施例中，閃爍晶體107可為La(1y)CeyBr3。在 特定實(shí)施例中，CeBr3在所述的組成的范圍內(nèi)。
[0033] 在另一實(shí)施例中，y可為Of.u.，至少大約0.OOOlf.u.，至少0.OOlf.u.或至少大 約0. 05f.u.。在另一實(shí)施例中，y可為If.u.，不大于大約0. 2f.u.，不大于大約0.If.u.， 不大于大約0. 05f.u或不大于大約0.Olf.u.。在一個(gè)特定實(shí)施例中，y在大約0.Olf.u.至 大約0.If.u.的范圍內(nèi)。在又一特定實(shí)施例中，y不大于大約0. 99f.u.，不大于大約0. 9f. u.或不大于大約0.8f.u.。X可包括單個(gè)鹵素或鹵素的任意混合物。例如，X可包括Br、I 或它們的任意混合物。
[0034] 稀土鹵化物還可包含共摻雜劑或摻雜劑，包括第1族、第2族元素或它們的任意混 合物。第1族元素可包括1^、似、他、&或它們的任意混合物。在一個(gè)特定實(shí)施例中，第1族 元素為Na。第2族元素可包括1%工&、5廠8&或它們的任意混合物。在一個(gè)特定實(shí)施例中， 第2族元素為Ca或Sr。相比于包含摻雜Ce的LaBr3的晶體，包含共摻雜Ce和Sr的LaBr3 的晶體具有在更長波長處的峰值發(fā)射。此外，當(dāng)Lauy)CeyBr3摻雜Sr時(shí)，光輸出在-40°C至 175°C的范圍內(nèi)比La(1y)CeyBr3更恒定，且在高于50°C的溫度下比La(1y)CeyBr3更亮。因此， 摻雜Sr的Lauy)CeyBr3可用于涉及極端溫度漂移的應(yīng)用，如石油測井和太空應(yīng)用。類似于 Lauy)CeyBr3，摻雜Sr的CeBiyS高于50°C的溫度下比CeBr3更亮。當(dāng)Lauy;CeyBr3摻雜Ba 時(shí)，光輸出在室溫（大約22°C)至約70°C的范圍內(nèi)比La(1y)CeyBr3的光輸出更亮。摻雜Ba 的Lau ^&^^可用于戶外應(yīng)用，例如用于可用于車輛和貨物的入境口岸檢測器。
[0035] 在另一實(shí)施例中，共摻雜劑或摻雜劑可包含至少兩種不同的第1族元素、至少兩 種不同的第2族元素或至少一種第1族元素和至少一種第2族元素。在一個(gè)實(shí)施例中，共摻 雜劑或摻雜劑的含量可測量為用于形成稀土鹵化物的熔體中的共摻雜劑或摻雜劑的量。共 摻雜劑或摻雜劑在熔體中的濃度可為至少大約〇. 〇2wt. %或特別地至少大約0. 08wt. %， 至少大約0. 2wt. %或更特別地至少大約0. 3wt. %或甚至更特別地0. 4wt. %。在另一實(shí) 施例中，共摻雜劑或摻雜劑在熔體中的濃度可不大于大約I.Owt. %或特別地不大于大約 0. 9wt. %或更特別地不大于大約0. 7wt. %。在一個(gè)特定實(shí)施例中，共摻雜劑或摻雜劑在熔 體中的濃度可在大約0. 2wt. %至大約0. 9wt. %的范圍內(nèi)或更特別地在大約0. 3wt. %至 0. 7wt. %的范圍內(nèi)。
[0036] 起始材料可包括相同鹵素或不同鹵素的金屬鹵化物。例如，可使用稀土溴化物和 SrBr2SNaBr。在另一實(shí)施例中，含溴化物的化合物中的一些可由含碘化物的化合物取代。 可使用常規(guī)技術(shù)由恪體形成閃爍晶體。方法可包括Bridgman法、Czochralski晶體生長方 法或Kyropolis生長方法。
[0037] 包含具有如前所述的濃度的摻雜第1族元素或摻雜第2族元素的稀土鹵化物的閃 爍晶體提供良好的閃爍性質(zhì)，包括在IOkeV至2000keV范圍內(nèi)的能量下的能量分辨率。在 另一實(shí)施例中，相比于其他稀土鹵化物閃爍晶體，共摻雜或摻雜的稀土鹵化物可提供出乎 意料的結(jié)果，特別是在低能量下。在一個(gè)特定實(shí)施例中，更低能量可在大約IOkeV至大約 60keV的范圍內(nèi)。更特別地，摻雜第2族元素的閃爍晶體在更低能量下具有非常良好的比 例性，摻雜第1族元素和第2族元素的閃爍晶體在廣泛能量范圍內(nèi)具有良好的能量分辨率。 IOkeV至 356keV的范圍可進(jìn)一步分成大約IOkeV至 30keV、30keV至