本文公開的主題的實施例大體上涉及閃爍體化合物，更特別地，涉及Ce3+激活的混合鹵化物鉀冰晶石。

背景技術(shù)：
閃爍體材料通常用作對于伽馬射線、X射線、宇宙射線和由大于大約1keV的能級表征的粒子的輻射探測器的部件。閃爍體晶體與光探測裝置(即光電探測器)耦合。當(dāng)來自于放射性核素源的光子沖擊晶體時，晶體發(fā)出光。光電探測器產(chǎn)生與接收到的光脈沖的數(shù)量以及光脈沖的強度成比例的電信號。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)閃爍體對于化學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)以及醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用是有用的。這些應(yīng)用的具體示例包括正電子發(fā)射斷層掃描(PET)裝置、用于油氣工業(yè)的測井以及各種數(shù)字成像應(yīng)用。閃爍體也正在被研究用于在安全裝置的探測器中使用，例如對于輻射源的探測器，其可指示集裝箱中放射性材料的存在。對于所有這些應(yīng)用，閃爍體的組成與裝置性能有關(guān)。閃爍體需要響應(yīng)于X射線和伽馬射線激發(fā)。此外，閃爍體應(yīng)當(dāng)具有許多增強輻射探測的特性。例如，大多數(shù)閃爍體材料具有高的光輸出、短的衰落時間、高的“阻止本領(lǐng)”以及可接受的能量分辨率。此外，其它性質(zhì)也可以是相關(guān)的，這取決于閃爍體如何被使用，如下文提到的。具有這些特性的大多數(shù)或全部的各種閃爍體材料已經(jīng)使用多年。示例包括鉈激活的碘化鈉(NaI(Tl))；鍺酸鉍(BGO)；鈰摻雜正硅酸釓(GSO)；鈰摻雜正硅酸镥(LSO)；以及鈰激活的鑭系元素鹵化物的化合物。這些材料中的每個具有適合于某些應(yīng)用的性質(zhì)。然而，它們中的多數(shù)也具有一些缺點。常見問題是低的光產(chǎn)額、物理缺陷，以及無法生產(chǎn)大尺寸、高質(zhì)量的單晶體。也存在其它缺點。例如，鉈激活的材料是非常吸濕的，并且還可以產(chǎn)生大和持續(xù)的余輝，這可以干擾閃爍體的功能。此外，BGO材料還遭受慢的衰落時間和低的光輸出。另一方面，LSO材料是昂貴的，并且還可包括放射性镥同位素，其也會干擾閃爍體的功能。通常地，那些對獲得用于輻射探測器的最佳閃爍體組成有興趣的人們已經(jīng)能夠回顧上文提出的各種屬性，并由此選擇對于特定的裝置的最好組成。例如，用于測井應(yīng)用的閃爍體組成需要能夠在高溫中工作，而用于正電子發(fā)射斷層掃描裝置的閃爍體常常需要展現(xiàn)高的阻止本領(lǐng)。然而，隨著所有輻射探測器增長的高級度和多樣性，對大多數(shù)閃爍體所需的整體性能水平持續(xù)上升。從而，如果新的閃爍體材料能夠滿足對商業(yè)和工業(yè)使用的不斷增長的需求，它們將具有可觀的利益，這是明顯的。這些材料應(yīng)當(dāng)展現(xiàn)出色的光輸出。它們也應(yīng)當(dāng)具有一個或多個其它可取的特性，例如相對快的衰落時間和良好的能量分辨率特性，特別對伽馬射線來說是這樣。此外，它們應(yīng)當(dāng)能夠以合理的成本和可接受的晶體尺寸被高效地生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
根據(jù)一個示范性實施例，存在閃爍體組合物(composition)，其包括任何反應(yīng)產(chǎn)物，并且還包括基質(zhì)材料，該基質(zhì)材料包括從由堿金屬和鉈組成的組中選出的至少一個元素的第一組分，從由堿金屬組成的組中選出的至少一個元素(其不同于該第一組分的該元素)的第二組分，從由鑭系元素組成的組中選出的至少一個元素的第三組分以及從由鹵素組成的組中選出的至少兩個元素的第四組分。此外在該示范性實施例中，存在包括鈰的用于基質(zhì)材料的活化劑。根據(jù)另一個示范性實施例，存在用于探測包括晶體閃爍體的高能輻射的輻射探測器設(shè)備，該晶體閃爍體包括以下組合物和其任何反應(yīng)產(chǎn)物：基質(zhì)材料以及包括鈰的用于基質(zhì)材料的活化劑，該基質(zhì)材料包括從由堿金屬和鉈組成的組中選出的至少一個元素的第一組分、從由堿金屬組成的組中選出的至少一個元素(其不同于該第一組分的該元素)的第二組分、從由鑭系元素組成的組中選出的至少一個元素的第三組分、從由鹵素組成的組中選出的至少兩個元素的第四組分。此外在該示范性實施例中，光電探測器光耦合于閃爍體并配置成響應(yīng)于由閃爍體產(chǎn)生的光脈沖的發(fā)射而產(chǎn)生電信號。根據(jù)另一個示范性實施例，存在用于使用閃爍體探測器來探測高能量輻射的方法，該閃爍體探測器包括通過閃爍體晶體接收輻射以便產(chǎn)生表征輻射的光子，并且用耦合于閃爍體晶體的光子探測器探測這些光子的步驟。繼續(xù)該示范性實施例，閃爍體晶體由組合物構(gòu)成，該組合物包括以下物質(zhì)和其任何反應(yīng)產(chǎn)物：基質(zhì)材料以及包括鈰的用于基質(zhì)材料的活化劑，該基質(zhì)材料包括從由堿金屬和鉈組成的組中選出的至少一個元素的第一組分、從由堿金屬組成的組中選出的至少一個元素(其不同于該第一組分的該元素)的第二組分、從由鑭系元素組成的組中選出的至少一個元素的第三組分、從由鹵素組成的組中選出的至少兩個元素的第四組分。附圖說明包含在本說明書中并且構(gòu)成其一部分的附圖圖示本發(fā)明的一個或多個實施例并且與描述一起解釋這些實施例。在圖中：圖1是鉀冰晶石閃爍體組合物的示范性實施例；圖2是結(jié)合鉀冰晶石閃爍體組合物晶體和光電探測器的輻射探測器的示范性實施例；圖3是圖示用于利用閃爍體探測器來探測高能量輻射的步驟的示范性實施例流程圖；以及圖4是根據(jù)示范性實施例的對于閃爍體組合物的發(fā)射光譜(在X射線激發(fā)下)的示范性實施例曲線圖。具體實施方式示范性實施例的下列說明指附圖。不同的圖中相同的標(biāo)號標(biāo)識相同或相似的元件。下列詳細說明不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的范圍由附上的權(quán)利要求限定。為了簡化，下列實施例關(guān)于高能量分辨率的閃爍鉀冰晶石化合物的術(shù)語和結(jié)構(gòu)論述。整個說明書中對“一個實施例”或“實施例”的引用意思是連同實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在公開的主旨的至少一個實施例中。從而，在整個說明書中各種地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中，，或“在實施例中”不必指相同的實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可采用任何適合的方式組合在一個或多個實施例中?，F(xiàn)在看圖1，閃爍體組合物100的示范性實施例基于主體晶格(基質(zhì)材料)102，其具有鉀冰晶石晶體結(jié)構(gòu)并具有A2BLnX6的通式，其中A104是1A族元素鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)和鉈(Tl)中的一個或多個；B106是1A族元素鋰(Li)和鈉(Na)中的一個或多個；X110是氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)中的一個或多個；以及Ln108是鑭系元素。在該示范性實施例的所有情況中，閃爍體組合物100使用三價鈰離子(Ce3+)活化劑112以在紫外線、X射線和伽馬射線激發(fā)下產(chǎn)生高效冷光。在該示范性實施例的另外的方面，三價鈰離子(Ce3+)可以與一價鉈(Tl+)和三價鉍(Bi+)中的一個或多個相結(jié)合以增加密度，并因此增強閃爍體組合物100的阻止本領(lǐng)。在該示范性實施例的另一方面，這樣的三價鈰摻雜允許制造具有與更厚的非摻雜晶體相同的阻止本領(lǐng)的更薄的晶體。在該示范性實施例的另一個方面，預(yù)測添加一價鉈(Tl+)離子和三價鉍(Bi+)離子以通過減少能帶間隙來提高光輸出。作為示例，Ce3+激活的LaBr3和LaCl3的光輸出(LO)分別為每MeV61,000和46,000個光子。因此，該示范性實施例提供了對于LaBr3為2.85％的能量分辨率以及對于LaCl3為3.30％的能量分辨率。假定混合鹵化物優(yōu)于單一鹵化物的更高效率的意外結(jié)果是示范性鉀冰晶石的閃爍體組合物100，Cs2NaLaBr4I2。預(yù)期特定的鹵化物將具有最大效率，并且混合鹵化物將基于所牽涉的鹵化物的類型和數(shù)量而降低效率，即在個體鹵化物的效率之間的某處的效率。在與該預(yù)測相反的該示范性實施例的結(jié)果中，四個溴離子的鹵化物和兩個碘離子的鹵化物的混合物產(chǎn)生比任一個體鹵化物當(dāng)其單獨用在閃爍體組合物100中時的效率更大的效率。在示范性實施例中所提出的閃爍體組合物100將具有超出例如鍺酸鉍(BGO)和鈰摻雜正硅酸镥(LSO)等商業(yè)上可用材料的光輸出的光輸出(LO)。此外在示范性實施例中，所提出的閃爍體組合物100將相當(dāng)大地提高區(qū)分具有輕微不同能量的伽馬射線的能力。繼續(xù)該示范性實施例，活化劑112的適當(dāng)?shù)乃綄⑷Q于各種因素，例如：特定的鹵化物110以及存在于基質(zhì)材料102中的“A”族104和“B”族元素106；期望的發(fā)射性質(zhì)和衰落時間；以及閃爍體組合物100被并入其中的探測器裝置的類型。通常在該示范性實施例中，基于活化劑112和基質(zhì)材料102的總摩爾數(shù)，采用在大約1摩爾百分比到大約100摩爾百分比范圍中的水平的活化劑112(Ce3+)。在許多優(yōu)選實施例中，活化劑112的量在相同的基礎(chǔ)上在大約1摩爾百分比到大約30摩爾百分比的范圍中。進一步，在示范性實施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，通常從基質(zhì)材料102組分和活化劑112組分的方面描述閃爍體組合物100。然而，在示范性實施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)組分被結(jié)合時，它們可以視為單一充分混合的組合物，其仍保留了活化劑112組分和基質(zhì)材料102組分的屬性。例如，說明性的閃爍體組合物100可以表達為Cs2NaLa0.98Ce0.02Br4I2。在一些示范性實施例中，基質(zhì)材料102可以進一步包括鉍。在示范性實施例中鉍的存在可以提高各種性質(zhì)，例如但不限于阻止本領(lǐng)。鉍的量(當(dāng)存在時)在示范性實施例中可以在一定程度上變化。示范性的量可以在基質(zhì)材料(其包括鉍)總摩爾質(zhì)量的大約1摩爾百分比到大約40摩爾百分比的范圍中。繼續(xù)該示范性實施例，可以采用各種形式制備并使用閃爍體組合物100。例如，在一些實施例中，閃爍體組合物100采用單晶(單晶體)形式。在該示范性實施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，單晶閃爍體組合物100的晶體更傾向于透明，并對例如用于探測伽馬射線的那些高能量輻射探測器200(見圖2)尤其有用。在一些示范性實施例中，也可以采用其他形式使用閃爍體組合物10，這取決于其預(yù)期的最終用途。例如，閃爍體組合物100可以采用粉末的形式。在該示范性實施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，閃爍體組合物100可以包含少量的雜質(zhì)，如在出版物WO01/60944A2和WO01/60945A2中描述的，其通過引用結(jié)合于此。這些雜質(zhì)通常源自起始組分并典型地構(gòu)成按重量少于閃爍體組合物100的大約0.1％，并可以按重量少到0.01％。在該示范性實施例中應(yīng)當(dāng)進一步注意的是，閃爍體組合物100還包括寄生添加劑，其的體積百分比通常小于大約1％。此外在該示范性實施例中，較小量的其它材料可有目的地包括在閃爍體組合物100中。多種技術(shù)可以用于該示范性實施例閃爍體組合物100的制備。在一個示范性實施例中，首先制備包含正確比例的期望材料的合適的粉末，接著是諸如鍛燒、模鍛、燒結(jié)和/或熱等靜壓的操作。該示范性實施例的合適的粉末可以通過混合各種形式的反應(yīng)物而制備，例如鹽、鹵化物或其混合物。在一些情況中，各個成分采用結(jié)合的形式使用，例如采用結(jié)合形式在商業(yè)上可用的。例如，可以使用各種堿金屬和堿土金屬的鹵化物。這些化合物的非限制性示例包括氯化銫、溴化鉀、溴化銫、碘化銫等。在示范性實施例中，可以通過確保徹底的均勻摻和(blending)的任何合適的技術(shù)來實施反應(yīng)物的混合。例如，可以在瑪瑙研缽和研杵中實施混合。作為備選的示范性實施例，可以使用例如球磨機、碗式磨、錘式粉碎機或噴磨機等摻和器或粉碎設(shè)備。繼續(xù)示范性實施例，混合物還可以包含各種添加劑，例如助焊化合物和粘合劑而且取決于相容性和/或可溶性，在碾磨期間，各種液體有時可以用作載液。在該示范性實施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，應(yīng)當(dāng)使用合適的碾磨媒介，即，將不污染到閃爍體組合物100的材料，因為這樣的污染會降低它的發(fā)光能力。接下來在示范性實施例中，可以在足以將混合物轉(zhuǎn)化為固體溶液的溫度和時間條件下燒制混合物。在示范性實施例中所需的條件將部分取決于所選擇的具體反應(yīng)物。在燒制期間，該示范性實施例的混合物典型地包含在密封容器中，例如由石英或銀制成的管或坩堝中，使得沒有成分損失到空氣中。示范性實施例的燒制通常將在熔爐中在大約500℃到大約1500℃范圍中的溫度采用典型地從大約15分鐘到大約10小時范圍的燒制時間而實施。示范性實施例的燒制典型地在沒有氧和水分的氣氛中實施，例如，在真空中或在例如但不限于氮、氦、氖、氬、氪和氙等惰性氣體下。在燒制該示范性實施例的閃爍體組合物100后，可以粉碎所得的材料以使閃爍體組合物100處于粉末形式，并且常規(guī)的技術(shù)可以用于將粉末加工至輻射探測器元件。在示范性實施例的另一個方面，可以通過本領(lǐng)域眾所周知的技術(shù)制備單晶體材料。非限制性的示范性參考是G.Blasse等人的“LuminescentMaterials(發(fā)光材料)”，Springer-Verlag(1994)。典型地，在示范性實施例中，適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物在足以形成共熔組合物(congruent，moltencomposition)的溫度下熔化。繼續(xù)該示范性實施例，可以采用多種技術(shù)來從熔化的組合物制備閃爍體組合物100的單晶體，如在例如但不限于美國專利號6,437,336號(Pauwels等人)以及J.C.Brice、Blackie&SonLtd.(1986)的“CrystalGrowthProcesses(晶體生長過程)”的參考(其通過引用結(jié)合于此)中描述的。在該示范性實施例的另一個非限制方面，示范性單晶體生長技術(shù)是布里奇曼法(Bridgman-Stockbargermethod)、丘克拉斯基法(Czochralskimethod)、“區(qū)熔”(或“懸浮區(qū)熔”)法以及“溫度梯度”法。在用于制備該示范性實施例閃爍體材料的單晶體的另一個非限制性示范性實施例技術(shù)中，美國專利號6,585,913號(Lyons等人)通過引用結(jié)合于此。在該非限制性示范性實施例技術(shù)中，期望的示范性實施例的閃爍體組合物100的籽晶被引入飽和溶液。在該示范性實施例技術(shù)的另一個方面，該飽和溶液包含在適當(dāng)?shù)嫩釄逯胁糜陂W爍體組合物100適當(dāng)?shù)那膀?qū)物。該示范性實施例技術(shù)通過允許該示范性實施例閃爍體組合物100的晶體生長以及添加到單晶體而繼續(xù)，其使用前面論述的生長技術(shù)中的一個，并且在該示范性實施例閃爍體組合物100的晶體達到適合于預(yù)期應(yīng)用的大小的點處停止生長。現(xiàn)在看圖2和另一個示范性實施例，描述用于利用閃爍輻射探測器200來探測高能量輻射的設(shè)備。在該示范性實施例中，該閃爍輻射探測器200包括一個或多個閃爍體組合物晶體202，其由本文描述的閃爍體組合物100構(gòu)成。閃爍輻射探測器200在本領(lǐng)域中是眾所周知的，并且在這里不需要詳細描述。論述這樣的裝置的若干非限制性參考是上文描述的美國專利號6,585，913和6,437,336以及美國專利號6,624,420號(Chai等人)，其也通過引用結(jié)合于此。在圖3中圖示的另一個示范性實施例中，描述利用閃爍輻射探測器200來探測高能量輻射的方法。在第一步驟302，在這些裝置中的閃爍體組合物100的晶體202從正被研究的源接收輻射，并產(chǎn)生表征輻射的光子。在下一個步驟304中，用相同類型的光子探測器探測光子，該光子探測器稱為光電探測器204，其通過常規(guī)的電子和機械附連系統(tǒng)耦合于閃爍體組合物100的晶體202。光電探測器204可以是在本領(lǐng)域中都是眾所周知的多種裝置。非限制性示例包括光電倍增管、光電二極管、CCD傳感器、和圖像增強器。特定的光電探測器204的選擇將部分取決于正構(gòu)造的輻射探測器200的類型和輻射探測器200預(yù)期的用途。包括閃爍體組合物100的晶體202和光電探測器204的輻射探測器200本身可以被連接到各種工具和裝置。非限制性示例包括測井工具和核醫(yī)學(xué)裝置。在另一非限制性示例中，輻射探測器200可以連接到數(shù)字成像設(shè)備。在另外的示范性實施例中，閃爍體組合物100的晶體202可以充當(dāng)屏幕閃爍體的部件。在X射線激發(fā)下使用光學(xué)分光計確定閃爍體組合物100的樣品的發(fā)射光譜。圖4是作為強度(任意單位)的函數(shù)的波長(nm)的標(biāo)繪圖。該樣品的峰值發(fā)射波長為大約365nm。還確定閃爍體組合物100可以由伽馬射線激發(fā)到表征鈰離子的發(fā)射水平。這些發(fā)射特性清楚地指示本文描述的組合物將對于用于探測伽馬射線的各種裝置是非常有用的。公開的示范性實施例提供新的閃爍體組合物100以及現(xiàn)有的用于制備該新的閃爍體組合物100的方法的描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，該描述不意在限制本發(fā)明。相反地，示范性實施例意在涵蓋備選、修改和等同物，其包括在如由附上的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍中。此外，在示范性實施例的詳細描述中，闡述許多具體細節(jié)以便提供對所要求權(quán)利的本發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在沒有這樣的具體細節(jié)的情況下可實踐各種實施。該說明說明使用示例來公開新的閃爍體組合物100，其包括最佳模式，并且也使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠基于現(xiàn)有的技術(shù)制備該新的閃爍體組合物100，包括將閃爍體組合物100制為單晶體。閃爍體組合物100的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括被本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權(quán)利要求的書面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。