专利名称：闪烁体、相关检测装置和方法
闪烁体、相关检测装置和方法背景技术
单晶闪烁不仅很简单，而且是检测高能辐射的非常灵敏的方法，如X射线、Y射线 和能量超过数千电子伏特(KeV)的高能粒子。在上个世纪，为了有效的闪烁应用已提出了 很多种晶体。
一些常用的闪烁体物质包括铊活化的碘化钠(NaI (Tl))、锗酸铋(BGO)、铈掺杂的 原硅酸钆(GSO)、铈掺杂的原硅酸镥(LSO)和铈掺杂的原硅酸钇镥(LYSO)。虽然这些已知 的闪烁体物质确实具有使它们适用于某些应用的一些合乎需要的闪烁性质，但这些物质每 种都有一个或多个限制其用于各种应用的缺陷。
例如，医学成像(如正电子发射断层摄影术(PET))需要具有最高光输出、最窄能 量分辨率和最快衰减时间的晶体。另外，PET也需要具有优良物理完整性和化学惰性的晶 体。然而，很少的市售闪烁体物质能够为PET提供所有所需的性质。
有一些提高闪烁体性能的建议，包括例如将共掺杂剂加入LSO和LYS0，或处理(氧 化/还原)LSO和LYS0。这些建议仍有提高的空间，因为它们通常在有害地影响光输出下才 有效地减少衰减时间，没有稳定的单晶生长，并由于其组成的不等价形成缺陷。
因此，需要改良的闪烁体组合物，这种组合物能够有效和经济地制备，并显示促进 辐射检测的性质，包括例如短衰减时间，同时保持可接受的光输出。发明内容
根据本文所述的实施方案，本发明提供一种闪烁体，所述闪烁体包含式 (Lu1^zCexInyM1z)2SiO5 的组合物，其中 M1 为 Y、Sc、Gd 或其组合；0. 00001 < χ < 0. 05 ； 0. 000001 < y < 0. 1 ；并且 0 彡 ζ < 0. 999989。
根据本文所述的实施方案，本发明还提供包括上述闪烁体的晶体结构的检测装置。
根据本文所述的实施方案，本发明提供用上述检测装置检测能量的方法，所述方 法包括通过闪烁体接收辐射；并用连接到闪烁体的光子检测器检测光子。
图 1 显示由 360nm 发射的 LS0:0. 1 % Ce (图 1 中的 LS0-STD)粉末、LS0:0. 1 % Ce:0. h(图 1 中的 LSO-CelInl)粉末、LSO:0. 1% CeO. 5% h(图 1 中的 LS0_Cenn5) 粉末的发射光谱。
具体实施方式
在以下说明中，未详细描述熟悉的功能或结构，以避免不必要的细节使本公开模糊。
本文所述的任何数值包括以1单位增量从较低值到较高值的所有值，其条件为在 任何较低值和任何较高值之间隔开至少2个单位。例如，如果陈述组分的量或工艺变量(例如，温度、压力、时间等)的数值为例如1至90，优选20至80，更优选30至70，则在本说明 书中旨在明确列举例如15至85、22至68、43至51、30至32等的数值。对于小于1的数 值，则视情况将1个单位认为是0.0001、0.001、0.01或0. 1。这些只是明确意指的实例，在 所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能的组合均应认为是在本申请中以类似方 式明确陈述。
根据本文所述的实施方案，本发明提供一种闪烁体，所述闪烁体包含式 (Lu1^zCexInyM1z)2SiO5 的组合物，其中 M1 为 Y、Sc、Gd 或其组合；0. 00001 < χ < 0. 05 ； 0. 000001 < y < 0. 1 ；并且 0 彡 ζ < 0. 999989。
掺杂剂的量通常影响物质的性能。例如，掺杂太多Ce的LSO会有自身光吸收，掺 杂太少Ce的LSO将不产生可接受的光。
另一方面，本发明还提供包括上述闪烁体的晶体结构的检测装置。
根据本文所述的实施方案，本发明提供用上述检测装置检测能量的方法，所述方 法包括通过闪烁体接收辐射；并用连接到闪烁体的光子检测器检测光子。
在一些实施方案中，0. 0001 < χ < 0. 05。在一些实施方案中，0. 000001 < y < 0.0002。
在一些实施方案中，所述组合物为式(Lua994CeacicilInacitl5)2SiO5 或(Lua 99932Ceacicici64I11O. 00004)2Si05的组合物。
在一些实施方案中，所述组合物为式(Lua996CeacicilInacitl3)2SiO5 或(Lua 99964Ceacicici35I11O. 00001)2Si05的组合物。
在一些实施方案中，所述组合物为式(Lua 949CeaciciJnci ■ 05)2Si。5 或(Lu0.99945Ce0.Q004IIn0. 00014)2Si05的组合物。
在一些实施方案中，所述组合物为式(Lua 998CeaciciJnacicil)2SiO5的组合物。
所述检测装置检测高能辐射，如χ射线、Y射线和能量超过数千电子伏特(KeV)的 高能粒子。在一些实施方案中，所述检测装置还包括光学连接到闪烁体的光子检测器，用于 响应闪烁体发射的光脉冲产生电信号。在一些实施方案中，所述光子检测器为光电倍增器 或其他光子检测器，包括光电倍增管、PIN 二极管和雪崩光电检测器(APD) 二极管。
包括以下实施例用于为本领域的技术人员提供实施所要求保护本发明的另外指 导。因此，这些实施例不限制本发明，本发明在附加权利要求书中限定。
合成
通过在研钵中研磨混合Lu2O3 (17. 332g)、2· 633g SiO2,0. OHgCe2O3 和 0. 061g h203。将混合的粉末填入气囊，并用购自Riken Seiki CO. Ltd的液压机Hydrostatic Press Model HP-M-SD-200在70MPa压力下压成棒。将棒在1400°C烧结10小时，得到式 (Lu。. 994Ce0.001 In0.005) 2Si05 的化合物。
Lu2O3购自 Beijing Founder Star Science & Technology Co. Ltd, Beijing, China。Ce2O3 禾口 SiO2购自 Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd, Shanghai, China。In2O3 得自上海第一试剂厂(中国，上海)。这些物质分别具有超过99. 99%的纯度。
晶体生长
烧结棒((Lua994Cetl.OciJnaciJ2SiO5)(以后称为 LS0:0· 1 % Ce:0. 5 % In)在购自 Crystal Systems Corp. (9633 Kobuchisawa, Yamanashi 408-0044, Japan)的 10000-H M光学浮区炉中在4小时后转化成单晶。生长速率为5mm/h，以相反方向上轴和下轴的旋转速 率为15rpm (周/分钟)。
合成由具有(Lu0.996Ce0.001In0.003)2Si05(以后称为 LS0:0. 1 % Ce 0. 3 % In)、 (Lu0.949Ce0.001In0.05)2Si05(以后称为 LS0:0. Ce:5% In)和(Lu^.^CewiSiOj 以后称为 LSO:0. 1% Ce)的组成的物质制成的结晶，并以类似方式生长，不同之处在于所用物质和物 质的化学计量比不同。
在切割和抛光后，测定晶体的组成、衰减时间和光输出。
组成
晶体、物质的组成和从物质进入晶体的h和Ce的百分数显示于表1中。
表1
权利要求
1.一种闪烁体，所述闪烁体包含式(LuwzCexInyM1z)2SiO5W组合物，其中 M1为Y、Sc、Gd或其组合；0. 00001 < X < 0. 05 ； 0. 000001 < y < 0. 1 ；并且 0 彡 ζ < 0.999989。
2.权利要求1的闪烁体，其中0.0001 < χ < 0. 05。
3.权利要求1的闪烁体，其中0.000001 < y < 0. 0002。
4.权利要求1的闪烁体，所述闪烁体为式(Luug^Ceu-Jr^^^hSiC^m单晶。
5.权利要求1的闪烁体，所述闪烁体为式(Lua99964Ceacicici3Jna_Q1)2Si05&单晶。
6.权利要求1的闪烁体，所述闪烁体为式(Lua99945Ceacicici4Jna_14)2Si05&单晶。
7.一种检测装置，所述检测装置包括权利要求1的闪烁体的晶体结构。
8.权利要求7的检测装置，所述检测装置进一步包括用于响应闪烁体发射的光脉冲产 生电信号的光学连接到闪烁体的光子检测器。
9.权利要求7的检测装置，其中所述闪烁体为单晶。
10.一种用权利要求7的检测装置检测能量的方法，所述方法包括 通过闪烁体接收辐射；并且用连接到闪烁体的光子检测器检测光子。
全文摘要
本发明提供一种闪烁体，所述闪烁体包含式(Lu1-x-y-zCexInyM1z)2SiO5的组合物，其中M1为Y、Sc、Gd或其组合；0.00001＜x＜0.05；0.000001＜y＜0.1；并且0≤z＜0.999989。本发明还提供包含上述闪烁体的晶体结构的检测装置。本发明还提供一种用上述检测装置检测能量的方法，所述方法包括通过闪烁体接收辐射；并用连接到闪烁体的光子检测器检测光子。
文档编号G01T1/202GK102031113SQ20101050803
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年9月29日
发明者刘中仕, 徐悟生, 邓群 申请人:通用电气公司