[發(fā)明專利]一種稀土摻雜石榴石結(jié)構(gòu)閃爍體

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911087927.2
• 申請(qǐng)日: 2019-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110760307B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓永飛;王欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京濱松光子技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): C09K11/80
• 分類號(hào): C09K11/80
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一種稀土摻雜石榴石結(jié)構(gòu)閃爍體，該閃爍體的化學(xué)組成通式為RE_r(A_aB_b)_3?r(C_cD_d)₅O₁₂，其中，通式中0.0001r0.3，0.001a0.3，0.7b0.999，且a+b=1；0c1，0d1，且c+d=1；該通式中，稀土元素RE選自Ce、La、Pr、Nd、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的一種或組合；A選自Mg、Ca、Sr、Ba、Zn中的一種或組合；B選自Cr、Mn、Gd、Y、Lu、Tb中的一種或組合；C選自Al、Cr、Nb、Li中的一種或組合，D選自In、Sc、Ga、Fe、V中的一種或組合。根據(jù)本發(fā)明另一方面，具體說(shuō)明了制備稀土摻雜石榴石結(jié)構(gòu)閃爍體的方法。包括通過(guò)對(duì)原料進(jìn)行兩次氣氛煅燒之后，原料反應(yīng)充分，使該稀土摻雜石榴石結(jié)構(gòu)閃爍體具有穩(wěn)定的化學(xué)計(jì)量比，以及通過(guò)控制溫度變化來(lái)使該稀土摻雜石榴石結(jié)構(gòu)閃爍體具有少的內(nèi)部缺陷，提高閃爍體性能。

技術(shù)領(lǐng)域。

本發(fā)明涉及一種稀土摻雜石榴石結(jié)構(gòu)的閃爍體且該閃爍體為塊體單晶。它可用于醫(yī)療CT、PET及安全檢查等電離輻射探測(cè)領(lǐng)域中。

背景技術(shù)。

在X射線計(jì)算機(jī)斷層裝置(Computed?Tomography,?CT)和正電子放射斷層攝影(Positron?Emission?Tomography,?PET)等醫(yī)療影像設(shè)備中，放射性探測(cè)器與電子設(shè)備相連接，電子設(shè)備將放射性探測(cè)器輸出的電脈沖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圖像信息，用于疾病的診斷。其中，由閃爍體和光探測(cè)器組成的放射性探測(cè)器起著重要作用。放射性探測(cè)器可以對(duì)α射線、β射線、γ射線、X射線等高能射線做出響應(yīng)，當(dāng)放射性探測(cè)器探測(cè)高能射線時(shí)，探測(cè)器中的閃爍體通過(guò)接受高能粒子可以產(chǎn)生閃爍脈沖光。當(dāng)閃爍體為塊體單晶時(shí)，可以有效減少閃爍脈沖光損耗。探測(cè)器中的光探測(cè)器探測(cè)到閃爍脈沖光的產(chǎn)生，能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，輸出電脈沖。

放射性探測(cè)器中，高能粒子射入閃爍體，后者輸出相應(yīng)的光信號(hào)，在探測(cè)器中起主要作用。但是，應(yīng)用于探測(cè)器中的閃爍體受到整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)的諸多約束，包括所探測(cè)高能粒子的種類、探測(cè)器內(nèi)光探測(cè)器的種類等。在探測(cè)γ光子時(shí)，需要通過(guò)對(duì)光脈沖求積分來(lái)確定每個(gè)γ光子的能量。為了提高探測(cè)的準(zhǔn)確性，需要探測(cè)器內(nèi)的閃爍體具有高的光輸出以及短的衰減時(shí)間。高的光輸出有利于減小探測(cè)器內(nèi)部噪音對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，短的衰減時(shí)間有利于減少堆積造成的影響。堆積效應(yīng)指的是，當(dāng)γ光子產(chǎn)生的閃爍脈沖光在時(shí)間上與先前γ光子產(chǎn)生的閃爍脈沖光重疊。堆積效應(yīng)的產(chǎn)生，會(huì)降低探測(cè)器的分辨率，包括時(shí)間分辨率和能量分辨率。

在探測(cè)器中，將閃爍體產(chǎn)生的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光探測(cè)器主要包括光電二極管(PD)、硅光電倍增管(Si-PM)以及光電倍增管(PMT)等。以硅半導(dǎo)體構(gòu)成的Si-PM為例，它在波長(zhǎng)為450-700?nm范圍內(nèi)，具有高的靈敏度，其中，在波長(zhǎng)600?nm附近的靈敏度最高。因此，當(dāng)峰值發(fā)射波長(zhǎng)在600?nm附近的閃爍體與硅半導(dǎo)體構(gòu)成的Si-PM組合使用時(shí)，探測(cè)器探測(cè)效果最佳。為了提高探測(cè)器的探測(cè)效率，需要閃爍體的發(fā)光波長(zhǎng)與光探測(cè)器靈敏度高的波長(zhǎng)范圍相一致。

閃爍體通常由基質(zhì)材料和激活劑組成。閃爍體在高能粒子作用下發(fā)光方式可以分為兩類：本征發(fā)光和激活中心發(fā)光。閃爍體的兩種發(fā)光方式從本質(zhì)上講，都是發(fā)光中心受到激發(fā)之后，從激發(fā)態(tài)到基態(tài)能級(jí)躍遷的結(jié)果。因此，當(dāng)閃爍體內(nèi)發(fā)光中心不同或基質(zhì)材料組分結(jié)構(gòu)變化時(shí)，激活劑能級(jí)躍遷能力也不盡相同。在激活劑能級(jí)躍遷能力不同的情況下，閃爍體發(fā)光波長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生差異。

對(duì)于稀土摻雜石榴石結(jié)構(gòu)閃爍體來(lái)說(shuō)，基質(zhì)材料為石榴石結(jié)構(gòu)，它是正四面體(D格位)與正八面體(C格位)在空間通過(guò)頂角氧離子的互相連接以及它們所形成的畸變十二面體(A/B格位)，如圖1所示。激活劑為摻雜稀土離子，激活劑也起到發(fā)光中心的作用。在石榴石結(jié)構(gòu)閃爍體中，摻雜稀土離子取代石榴石結(jié)構(gòu)閃爍體中B格位離子。