一种CsITl和LaBr₃Ce³⁺叠层闪烁体的制作方法

专利名称：一种CsITl和LaBr₃Ce³⁺叠层闪烁体的制作方法
技术领域：
本发明属于无机闪烁体射线探测技术领域，具体涉及一种由CsI:Tl和LaBivCe3+ 构成的叠层闪烁体。
背景技术：
以LaBivCe3+为代表的稀土掺杂卤化镧单晶是21世纪初兴起的新型无机闪烁体， 其优异的能量特性和时间特性要显著优于传统闪烁体NaI:Tl、CSI:Na、CSI:Tl等[1]。但这类晶体也存在一些固有缺陷，如生长过程易开裂、易潮解、发光区域主要位于紫外、对低能射线响应不佳等[2]。尤其在较低能量段(E < 50keV) ,LaBr3:Ce3+对射线的响应并不优于传统闪烁体如NaI:Tl, CsI:Na, CsIiTl等[错误!未定义书签。]。其他闪烁体如高纯锗(HPGe)探测器虽然在高能、低能区域能量分辨率都比较好，但比较昂贵，而且需要在液氮保护下使用， 很不方便；碲锌镉(CZT)探测器低能响应很好，但难以生长得到大体积晶体，因而对高能射线探测效率较低，而且存在极化效应。能否构造一种叠层闪烁体的结构，使其能够兼顾传统闪烁体对低能射线与 LaBivCe3+对较高能量射线响应的优势，是一个亟待解决的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种由CsI:Tl和LaBivCe3+构成的叠层闪烁体。一种由CsI:Tl和LaBr3:Ce3+构成的叠层闪烁体，CsIiTl晶体置于上部，面对放射源，LaBr3ICe3+晶体置于下部，与光电倍增管相连，CsIiTl和LaBr3:Ce3+晶体间以硅脂进行光耦合，CsIiTl和LaBivCe3+晶体的上面和侧面缠绕有光反射材料，底面铺设石英玻璃片，缠绕有光反射材料的侧面包裹铝皮，光反射材料的上面为碳纤维板，石英玻璃片与 LaBr3 Ce3+晶体和铝皮间通过透明液体胶粘牢。所述光反射材料为聚四氟乙烯。所述碳纤维板的厚度为0. 5_2mm。所述石英玻璃片的厚度为0. 5_2mm。所述CsI Tl晶体为直径15-25mm，厚0. 5_4mm的圆柱。所述LaBr3 = Ce3+晶体为直径15_25mm，厚18_22mm的圆柱。本发明的有益效果本发明的叠层闪烁体能够兼顾传统闪烁体对低能射线与 LaBivCe3+对较高能量射线响应的优势，可广泛应用于核医学影像设备、行李安检、集装箱检查、大型工业设备无损探伤、石油测井、放射性探测、环境监测等领域。


图1为由CsI :T1和LaBivCe3+构成的叠层闪烁体结构示意图；图中，1 -放射源、2-碳纤维板、3-Cs I T1晶体、4-硅脂、5_LaBr3 Ce3+晶体、6-光反射材料、7-铝皮、8-石英玻璃片。
图2为CsI: Tl和LaBr3: Ce3+叠层闪烁体实物图；图中，a为面向光电倍增管的实物图，b为面向放射源的实物图。图3 为 137Cs 源 662keV γ 射线激发的 Imm CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+ 叠层闪烁体伽玛能谱。图4为利用Ag金属片产生22. 15keV射线示意图；图中，9-闪烁体，IO-Ag金属片，11-22. 15keV射线、59. 5keV射线及康普顿散射射线，12-59. 5keV射线，13-准直241Am放射源。图5为241Am源59. 5keV打到Ag片上产生的射线激发的LaBr3 Ce3+和2_ CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+叠层闪烁体的伽玛能谱。图6为241Am源59. ^eV激发的CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+叠层闪烁体在不同成形时间下的伽玛能谱(右上角标注成形时间)。图7为241Am源59. ^eV射线激发的2_ CsI:Tl+20mm LaBr3: Ce3+叠层闪烁体在不同成形时间下的伽玛能谱(右上角标注成形时间)。图8为57Co源激发的Imm CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+叠层闪烁体在不同成形时间下的伽玛能谱(右上角标注成形时间)。图9为57Co源激发的2mm CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+叠层闪烁体在不同成形时间下的伽玛能谱(右上角标注成形时间)。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。实施例ICsI Tl和LaBr3 = Ce3+叠层闪烁体的组装图1为由CsI Tl和LaBr3 Ce3+构成的叠层闪烁体结构示意图，LaBr3 Ce3+晶体5采用布里奇曼法生长。布里奇曼法生长晶体的具体过程为单晶生长炉在竖直方向上分为两个温区，上半部为高温区，一般应高于原料熔点50°C以上，以使原料易于吸热熔化，下半部为低温区，低于原料熔点。盛装原料并抽真空密封的坩埚首先在上温区停留，使原料充分熔化并混合均勻。然后坩埚缓慢下降，使坩埚底部位于低温区，底部原料凝固成多晶，即自发形成晶核。然后整个坩埚缓慢下降，使上部熔融的原料通过具有一定温度梯度的固液界面， 从而长成单晶。LaBr3:Ce3+中CeBr3质量百分比为5%;CsI:Tl晶体3向北京滨松公司购买得至I」，TlI质量百分比为0. 2%，两块晶体均为圆柱状，CsIiTl晶体3置于上部，直径20mm， 厚Imm或2mm，直接面对放射源1，LaBr3 Ce3+晶体5置于下部，直径20mm，厚20mm，与光电倍增管相连输出光信号；CsI: Tl和LaBr3: Ce3+晶体间以硅脂4进行光耦合，减少从CsI: Tl产生的光子在两块晶体界面由于反射造成的损失；CsI:Tl和LaBivCe3+晶体的上面和侧面缠绕有光反射材料6 (聚四氟乙烯)，底面铺设Imm厚石英玻璃片8，缠绕有光反射材料的侧面包裹铝皮7，光反射材料6的上面为Imm厚碳纤维板2，尽量减少对低能射线(E < 30keV) 的阻挡，碳纤维板2具有一定的机械强度，相比于铝皮7，对低能射线的阻挡本领低得多，相比铍窗则成本低廉，且安全无毒，石英玻璃片8与LaBr3: Ce3+晶体5和铝皮7间以透明液体胶粘牢。图2显示了由CsI:Tl和LaBr3:Ce3+构成的叠层闪烁体实物图。实施例2CsI :T1和LaBr3: Ce3+叠层闪烁体的高能响应实验
测量光产额、能量分辨率等闪烁性质时，采用Hamamatsu R6233-100型光电倍增管，光电倍增管的输出依次经过前置放大器、线性放大器，进入多道卡，经过模数转换后在计算机多道程序上显示；测量发光衰减时间时，采用Hamamatsu XP2020Q型光电倍增管，光电倍增管的输出与数字示波器直接相连，在示波器屏幕上显示。以137Cs为放射源，释放的66^ieV γ射线基本能穿过Imm或2mm CsI Tl晶体，主要在LaBr3: Ce3+中打出闪烁光子。图3为射线在Imm CsI Tl+20mmLaBr3:Ce3+叠层闪烁体中的伽玛能谱。 为直观比较叠层闪烁体与单一闪烁体对66^eV Y射线的响应情况，将其相对光产额和能量分辨率列于表1中。测量中LaBr3 Ce3+与叠层闪烁体成形时间为0. 5 μ s，CsI Tl 由于发光衰减时间较长(0. 63 μ s)，其成形时间取为12 μ s，光产额以LaBivCe3+作为基准。表1 137Cs源66^eV γ射线在单一闪烁体及叠层闪烁体中的闪烁性能比较
权利要求
1.一种由CsI:Tl和LaBivCe3+构成的叠层闪烁体，其特征在于，CsI:Tl晶体置于上部， 面对放射源，LaBr3ICe3+晶体置于下部，与光电倍增管相连，CsIiTl和LaBr3:Ce3+晶体间以硅脂进行光耦合，CsIiTl和LaBivCe3+晶体的上面和侧面缠绕有光反射材料，底面铺设石英玻璃片，缠绕有光反射材料的侧面包裹铝皮，光反射材料的上面为碳纤维板，石英玻璃片与LaBivCe3+晶体和铝皮间通过透明液体胶粘牢。
2.根据权利1所述一种由CsI:Tl和LaBivCe3+构成的叠层闪烁体，其特征在于，所述光反射材料为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述一种由CsI:Tl和LaBivCe3+构成的叠层闪烁体，其特征在于， 所述碳纤维板的厚度为0. 5-2mm。
4.根据权利要求1所述一种由CsI:Tl和LaBivCe3+构成的叠层闪烁体，其特征在于， 所述石英玻璃片的厚度为0. 5-2mm。
5.根据权利要求1所述一种由CsI:Tl和LaBivCe3+构成的叠层闪烁体，其特征在于， 所述CsI: Tl晶体为直径15-25mm，厚0. 5_4mm的圆柱。
6.根据权利要求1所述一种由CsI:Tl和LaBivCe3+构成的叠层闪烁体，其特征在于， 所述LaBr3 = Ce3+晶体为直径15_25mm，厚18_22mm的圆柱。
全文摘要
本发明公开了属于无机闪烁体射线探测技术领域的一种CsITl和LaBr3Ce3+叠层闪烁体。该闪烁体的结构为CsITl晶体置于上部，面对放射源，LaBr3Ce3+晶体置于下部，与光电倍增管相连，CsITl和LaBr3Ce3+晶体间以硅脂进行光耦合，CsITl和LaBr3Ce3+晶体的上面和侧面缠绕有光反射材料，底面铺设石英玻璃片，缠绕有光反射材料的侧面包裹铝皮，上面为碳纤维板，石英玻璃片与LaBr3Ce3+晶体和铝皮间通过透明液体胶粘牢。本发明的叠层闪烁体能够兼顾传统闪烁体对低能射线与LaBr3Ce3+对较高能量射线响应的优势，可在各种需要辐射探测的领域中应用。
文档编号G01T1/202GK102426381SQ201110335020
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者何元金, 高鑫 申请人:清华大学