专利名称：闪烁体结晶体、其制造方法和放射线检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及闪烁体结晶体(scintillator crystal body)、其制造方法和放射线检测器，更具体地，涉及通过放射线而发光的闪烁体结晶体、其制造方法和使用上述闪烁体结晶体的放射线检测器。
背景技术：
在医疗场所等中使用的X-射线CT(computed tomography)装置中，由闪烁体接受通过照相物体的X射线，并且光检测器检测由其发出的光。此外，设置这些检测器以形成两维阵列，并且通过隔壁将闪烁体彼此分离以不引起光的串扰。由于对X-射线检测不具有贡献并且使空间分辨率劣化，因此优选尽可能薄地形成各隔壁。例如，PTL I中，已公开了如下的技术，其中用粘合剂将许多闪烁体晶体彼此接 合以形成闪烁体阵列后，通过蚀刻将粘合剂除去，并且将由此形成的空隙用作为隔壁材料发挥功能的氧化钛粉末填充。这种情况下，根据上述专利文献，能够将隔壁的厚度减小到约
Iμ m0由于相关的闪烁体不具有导波其中通过的光的功能，需要作为散射表面和/或反射表面发挥功能的隔壁。但是，对于PTL I中公开的技术，尽管能够使隔壁的厚度减小，但不能去除隔壁本身。此外，在制造エ序中，需要许多步骤，例如从闪烁体的切割到用于隔壁形成的接合。引用列表专利文献PTL I :日本专利公开 No. 2008-14533
发明内容
本发明考虑上述相关技术而完成并且提供能够导波光的闪烁体结晶体及其制造方法。此外，本发明还提供使用能够导波光的闪烁体结晶体的放射线检测器。问题的解决方案解决上述问题的闪烁体结晶体包括相分离结构，其包括第一结晶相和具有比该第一结晶相的折射率大的折射率的第二结晶相并且具有第一主表面和第二主表面，这两个主表面不位于同一平面上。上述闪烁体结晶体中，该第一主表面和该第二主表面具有该第二结晶相暴露的部分，并且该第二结晶相暴露于该第一主表面的部分和该第二结晶相暴露于该第二主表面的部分彼此相连。解决上述问题的闪烁体结晶体的制造方法具有以下步骤将形成第一结晶相的材料和形成第二结晶相的材料混合；然后使该形成第一结晶相的材料和该形成第二结晶相的材料熔融；然后使该形成第一结晶相的材料和该形成第二结晶相的材料沿一方向凝固以形成共晶化合物。
解决上述问题的放射线检测器具有上述闪烁体结晶体和光检测器，并且设置该闪烁体结晶体以致该第一主表面或该第二主表面面对该光检测器。发明的有利效果根据本发明，能够提供能够导波光的闪烁体结晶体及其制造方法。此外，本发明能够提供使用能够导波光的闪烁体结晶体的放射线检测器。根据本发明，由于该闪烁体结晶体自身具有导波光的功能，因此不需要相关的包括从闪烁体的切割到隔壁形成的步骤的制造エ序。此外，只通过在光检测器阵列上设置闪烁体结晶体，能够提供光的利用效率高的放射线检测器。
图1A-1C均为表示本发明的闪烁体结晶体的一个实施方案的透视图。图2A和2B均为表示本发明的闪烁体结晶体的制造方法的示意图。图3A-3F均为本发明的闪烁体结晶体的扫描电子显微镜像。图4A为表示添加有InI的CsI-NaCl-系相分离闪烁体结晶体的电子束诱导发光光谱的坐标图。图4B包括CsI-NaCl-系相分离闪烁体结晶体的扫描电子显微镜像。图4C为表示添加有TlI的CsI-NaCl-系相分离闪烁体结晶体的电子束诱导发光光谱的坐标图。图5为表示CsI-NaCl系中的发光量和发光峰波长的Tl浓度依赖性的坐标图。图6为CsI-NaCl系的平衡图。图7A和7B为闪烁体结晶体的组成导致的相分离结构的差异的扫描电子显微镜像。图8为表示CsI-NaCl-系相分离结构的结构周期和直径的凝固速率依赖性的坐标图。图9A为表示本发明的实施例5的闪烁体结晶体的光波导性的照片。图9B为表示本发明的实施例5的闪烁体结晶体的光波导性的示意图。图9C为表示本发明的实施例5的闪烁体结晶体的光波导性的透射光学显微镜像。图IOA-1OC均为表示在第二结晶相的CsI中添加RbI、CsBr和RbBr中的一种的闪烁体结晶体的光波导性的透射显微镜像。图11为比较CsI针状晶体和CsI-NaCl结晶体之间的光波导性的坐标图。图12A-12E均为相分离闪烁体结晶体的透射光学显微镜像。图13A-13D是均表不本发明的含NaI: Tl的相分离闪烁体的激发光谱和发光光谱的坐标图。图14为NaI-RbI系的平衡示意图。 图15A-15F均为相分离闪烁体结晶体的透射光学显微镜像。图16G-16L均为相分离闪烁体结晶体的透射光学显微镜像。图17A-17F均为相分离闪烁体结晶体的透射光学显微镜像。图18G-18J均为相分离闪烁体结晶体的透射光学显微镜像。图19为CsBr-NaCl系的平衡示意图。
图20A-20E均为相分离闪烁体结晶体的透射光学显微镜像。图21是表示放射线检测器的示意图。
具体实施例方式以下參照附图等对进行本发明的实施方案进行说明。尽管作为进行本发明的实施方案有各种模式(各种构成和各 种材料)，但所有实施方案中的共同特征是闪烁体结晶体具有相分离结构，其包括两相，即第一结晶相和折射率比第一结晶相大的第二结晶相，并且具有第一主表面和第二主表面，这两个主表面不位于同一平面上；该第一主表面和该第二主表面具有该第二结晶相暴露的部分；并且该第二结晶相暴露于该第一主表面的部分与该第二结晶相暴露于该第二主表面的部分彼此相连。因此，具有高折射率的结晶相内的光被位于高折射率结晶相周围的具有低折射率的结晶相全反射，结果，光在高折射率结晶相内波导的同时行迸。在该阶段，由于具有高折射率的结晶相暴露于第一主表面和第二主表面，并且这些暴露的部分彼此相连，因此向第一主表面或第二主表面进行波导(光波导)。換言之，该现象可描述为闪烁体结晶体内产生的光在被限制在第二结晶相内(即，防止光扩展)的同时向第一主表面或第二主表面行迸。如上所述，本发明的全部实施方案中，闪烁体结晶体自身具有波导功能(光波导功能)。此外，在以下说明的各实施方案中，优选形成该结构以致作为低折射率相的第一结晶相也具有暴露于该第一主表面和该第二主表面的部分，并且这些暴露的部分彼此相连。利用上述结构，能够更可靠地将该第二结晶相中的光导波(光学导波)到该第一主表面或该第二主表面而无扩展.此外，优选形成该结构以致作为低折射率相的第一结晶相位于作为高折射率相的第二结晶相中。利用上述结构，能够获得充分的波导功能(光波导功能)，同时使闪烁体结晶体中的第一结晶相的体积比率减小。以下，对各实施方案进行说明。第一实施方案柱状晶体结构，其中第二结晶相的主成分为闪烁体材料(CsI)图IA是表示本发明的闪烁体结晶体的第一实施方案的透视图。图IA中所示的根据本实施方案的具有包括两相的相分离结构的闪烁体结晶体中，第一主表面和第二主表面具有第二结晶相暴露的部分，并且第二结晶相暴露于第一主表面的部分与第二结晶相暴露于第二主表面的部分彼此相连。图IA中所示的实施方案中，在第二结晶相中存在具有单向特性的多个柱状晶体形成的第一结晶相。具体地，该相分离结构包括两相，即第一结晶相11和填充在第一结晶相11的柱状晶体的侧表面之间的第二结晶相12。顺便提及，该相分离结构是含有使均一状态变化时得到的多个分离相的结构。本实施方案的相分离结构是以如下方式得到的结构使构成材料熔融的不具有有形结构的均一液体状态变为固体状态时，使两个结晶相同时结晶以具有某种周期性。除了圆、椭圆和四边形截面形状以外，形成第一结晶相11的柱状晶体18的截面形状可以由多个晶面形成以具有多边形。此外，柱状晶体18的直径13在50ηπι-30μπι的范围内，优选在200nm-10ym的范围内。此外，第一结晶相的柱状晶体18的周期14在500nm-50 μ m的范围内，优选在1_20 μ m的范围内。但是，将闪烁体结晶体与光检测器或光检测器阵列组合使用吋，优选将其结构尺寸彼此组合以致将多个柱状晶体配置在光检测器的光接受区域上。例如，光接受区域的形状为具有20-μ m边的正方形时，该柱状晶体优选具有直径为5 μ m并且周期为8 μ m的结构尺寸。因此，根据光接受区域的尺寸，优选组合使用远离上述结构尺寸的范围、具有小结构尺寸的柱状晶体。此外，通过材料系的选择和制造条件来确定结构尺寸的范围，其倾向将后述。尽管取决于制造方法，能够将闪烁体结晶体的厚度15调节为任意厚度。由于闪烁体结晶体检测放射线，因此结晶体的厚度必须足以吸收其能量。例如，作为闪烁体结晶体的主要构成材料的CsI的情况下，高能区域中放射长度为I. 86cm(入射能量减小到Ι/e的距离)。由于计算能量的100%被放射长度的21倍(39. 06cm)吸收，因此闪烁体结晶体的足够的厚度为40cm以下。例如，考虑常常将闪烁体结晶体用于IMeV以下的低能区域的医疗用途，闪烁体结晶体的厚度15在Ιμπι-lOcm的范围内，优选在10 μ的范围内。此外，由于厚度取决于放射线的吸收系数的设定值而变化，因此ー些情况下也可使用具有上述范围外的厚度的闪烁结晶体。
尽管优选在厚度方向16上直线延伸，但柱状晶体可被中断、分叉或熔合并且除了直线部以外可包括弯曲部，此外，可使柱状晶体的直径部部分地变化。适当控制凝固时固-液界面的方向时，能够使柱状晶体弯曲。第一结晶相优选由含有NaBr (溴化钠)、NaCl (氯化钠)、NaF (氟化钠)或KCl (氯化钾)的材料形成。此外，更优选NaCl。第一结晶相中含有的NaBr、NaCl、NaF或KCl的含量为50摩尔%以上，更优选在80-100摩尔％的范围内。第二结晶相优选含有CsI (碘化铯)作为主成分。本实施方案中，第二结晶相的主成分是指其含量为50摩尔％以上的材料，并且优选在第二结晶相中以80-100摩尔％的量含有该主成分。该主成分为CsI时，作为第二结晶相中含有的材料，除了 CsI以外，优选RbI (碘化铷)、CsBr (溴化铯)和RbBr (溴化铷)。更优选地，第二结晶相中含有CsI和RbI时，RbI与CsI的比率优选在大于O且小于等于20摩尔％的范围内。更优选地，该比率为15摩尔％以下。如上述的情形中那样，含有CsBr吋，CsBr与CsI的比率优选在大于O且小于50摩尔％的范围内。更优选地，该比率为20摩尔％以下。如上述的情形中那样，含有RbBr吋，RbBr与CsI的比率优选在大于O且小于等于10摩尔％的范围内。这种情况下，尽管至多小于50摩尔％的CsBr可添加到作为主成分的CsI中，但当添加大于20摩尔％的RbI或大于10摩尔％的RbBr时，使结晶体的沿柱状晶体的透射率显著减小。其原因认为是，发生固相分离，g卩，第二结晶相内不能在CsI中固溶的RbI或RbBr成分析出。上述材料系的选择中，本发明的闪烁体结晶体的重点是第一和第二结晶相的材料的组成。形成本发明的闪烁体结晶体中含有的第一和第二结晶相的材料的组成优选为共晶点处的组成。共晶点是平衡图中共晶反应发生并且两种固溶体同时从液相排出并且完成凝固的点。具体地，将本实施方案的第一和第二结晶相之间的材料系的优选组合的组成比示于下表I中。[表 I]
权利要求
1.闪烁体结晶体，包括第一结晶相和具有比该第一结晶相的折射率大的折射率的第二结晶相，具有第一主表面和第二主表面，这两个主表面不位于同一平面上， 其中该第一主表面和该第二主表面具有该第二结晶相暴露的部分，并且 该第二结晶相暴露于该第一主表面的部分和该第二结晶相暴露于该第二主表面的部分彼此相连。
2.根据权利要求I的闪烁体结晶体，其中该第一主表面和该第二主表面具有该第ー结晶相暴露的部分，并且该第一结晶相暴露于该第一主表面的部分和该第一结晶相暴露于该第二主表面的部分彼此相连。
3.根据权利要求I或2的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相位于该第二结晶相中。
4.根据权利要求3的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相包括至少ー个柱状晶体。
5.根据权利要求4的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相具有多个柱状晶体，并且该柱状晶体的周期在500nm-50 μ m的范围内。
6.根据权利要求1-5的ー项的闪烁体结晶体，其中该第二结晶相通过放射线激发而发光。
7.根据权利要求1-6的ー项的闪烁体结晶体，其中形成该第一结晶相和该第二结晶相的 材料的组成为共晶点处的组成。
8.根据权利要求1-7的ー项的闪烁体结晶体，其中该闪烁体结晶体还包括Tl、In和Ga中的至少ー种作为发光中心。
9.根据权利要求1-8的ー项的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相和该第二结晶相中的一相含有CsI作为主成分。
10.根据权利要求9的闪烁体结晶体，其中该ー相还含有RbI、CsBr和RbBr中的ー种，并且该一相的组成中，RbI的含量在大于O摩尔％且小于等于20摩尔％的范围内，CsBr的含量在大于O摩尔％且小于50摩尔％的范围内，并且RbBr的含量在大于O摩尔％且小于等于10摩尔％的范围内。
11.根据权利要求9或10的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相或该第二结晶相以外的另ー相含有NaBr、NaCl、NaF和KCl中的ー种。
12.根据权利要求1-8的ー项的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相和该第二结晶相中的一相含有NaI作为主成分。
13.根据权利要求12的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相或该第二结晶相以外的另ー相含有NaF、NaCl、RbI和CsI中的ー种。
14.根据权利要求1-8的ー项的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相和该第二结晶相中的一相含有RbI作为主成分。
15.根据权利要求14的闪烁体结晶体，其中该ー相还含有CsI或RbBr，并且在该ー相的组成中，CsI的含量在大于O摩尔％且小于等于20摩尔％的范围内，并且RbBr的含量在大于O摩尔％且小于50摩尔％的范围内。
16.根据权利要求1-8的ー项的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相和该第二结晶相中的一相含有CsBr作为主成分。
17.根据权利要求16的闪烁体结晶体，其中该ー相还含有CsI、RbBr和CsCl中的ー种，并且该一相的组成中，CsI的含量在大于O摩尔％且小于等于50摩尔％的范围内，RbBr的含量在大于O摩尔％且小于25摩尔％的范围内，并且CsCl的含量在大于O摩尔％且小于50摩尔％的范围内。
18.根据权利要求1-8的ー项的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相和该第二结晶相中的一相含有RbBr作为主成分。
19.根据权利要求18的闪烁体结晶体，其中该ー相还含有RbI或CsBr，并且该一相的组成中，RbI的含量在大于O摩尔％且小于等于50摩尔％的范围内，并且CsBr的含量在大于O摩尔％且小于等于15摩尔％的范围内。
20.根据权利要求14-19的ー项的闪烁体结晶体，其中该第一结晶相或该第二结晶相以外的另ー相含有NaF、NaCl和NaBr中的ー种。
21.根据权利要求1-7的ー项的闪烁体结晶体，其中该第二结晶相含有Bal2、BaBr2, BaCl2, SrBr2和SrCl2中的一种作为主成分。
22.根据权利要求21的闪烁体结晶体，其中该闪烁体结晶体还包括铕(Eu)、铈(Ce)、铊(Tl)、铟(In)和镓(Ga)中的至少ー种作为发光中心。
23.闪烁体结晶体的制造方法，包括如下步骤 将形成第一结晶相的材料和形成第二结晶相的材料混合； 然后将混合的该形成第一结晶相的材料和该形成第二结晶相的材料熔融；和 然后沿一方向使该形成第一结晶相的材料和该形成第二结晶相的材料凝固以形成共晶化合物。
24.放射线检测器，包括 光检测器；和 与该光检测器相对设置的闪烁体结晶体， 其中该闪烁体结晶体是根据权利要求1-22中的一项的闪烁体结晶体并且经设置以使该第一主表面或该第二主表面与该光检测器相对。
25.根据权利要求24的放射线检测器，其中将该光检测器和该闪烁体结晶体彼此相对地设置，在它们之间插入或不插入至少ー个保护层。
全文摘要
在用于放射线检测，例如X-射线CT扫描仪的闪烁体中，提供具有单向相分离结构的闪烁结晶体，其具有在不使用隔壁的情况下防止串扰的光波导功能。该相分离结构包括第一结晶相和具有比该第一结晶相的折射率大的折射率的第二结晶相，具有第一主表面和第二主表面，这些主表面不位于同一平面上，该第一主表面和该第二主表面具有该第二结晶相暴露的部分，并且该第二结晶相暴露于该第一主表面的部分和该第二结晶相暴露于该第二主表面的部分彼此相连。
文档编号G01T1/202GK102725658SQ20118000702
公开日2012年10月10日 申请日期2011年1月12日 优先权日2010年1月28日
发明者堀江亮子, 大桥良太, 安居伸浩, 田透 申请人:佳能株式会社