一種CsITl和LaBr₃Ce³⁺疊層閃爍體的製作方法

2023-06-14 22:16:36 2

專利名稱：一種CsITl和LaBr3Ce3+疊層閃爍體的製作方法
技術領域：
本發明屬於無機閃爍體射線探測技術領域，具體涉及一種由CsI:Tl和LaBivCe3+ 構成的疊層閃爍體。
背景技術：
以LaBivCe3+為代表的稀土摻雜滷化鑭單晶是21世紀初興起的新型無機閃爍體， 其優異的能量特性和時間特性要顯著優於傳統閃爍體NaI:Tl、CSI:Na、CSI:Tl等[1]。但這類晶體也存在一些固有缺陷，如生長過程易開裂、易潮解、發光區域主要位於紫外、對低能射線響應不佳等[2]。尤其在較低能量段(E < 50keV) ,LaBr3:Ce3+對射線的響應並不優於傳統閃爍體如NaI:Tl, CsI:Na, CsIiTl等[錯誤!未定義書籤。]。其他閃爍體如高純鍺(HPGe)探測器雖然在高能、低能區域能量解析度都比較好，但比較昂貴，而且需要在液氮保護下使用， 很不方便；碲鋅鎘(CZT)探測器低能響應很好，但難以生長得到大體積晶體，因而對高能射線探測效率較低，而且存在極化效應。能否構造一種疊層閃爍體的結構，使其能夠兼顧傳統閃爍體對低能射線與 LaBivCe3+對較高能量射線響應的優勢，是一個亟待解決的問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種由CsI:Tl和LaBivCe3+構成的疊層閃爍體。一種由CsI:Tl和LaBr3:Ce3+構成的疊層閃爍體，CsIiTl晶體置於上部，面對放射源，LaBr3ICe3+晶體置於下部，與光電倍增管相連，CsIiTl和LaBr3:Ce3+晶體間以矽脂進行光耦合，CsIiTl和LaBivCe3+晶體的上面和側面纏繞有光反射材料，底面鋪設石英玻璃片，纏繞有光反射材料的側面包裹鋁皮，光反射材料的上面為碳纖維板，石英玻璃片與 LaBr3 Ce3+晶體和鋁皮間通過透明液體膠粘牢。所述光反射材料為聚四氟乙烯。所述碳纖維板的厚度為0. 5_2mm。所述石英玻璃片的厚度為0. 5_2mm。所述CsI Tl晶體為直徑15-25mm，厚0. 5_4mm的圓柱。所述LaBr3 = Ce3+晶體為直徑15_25mm，厚18_22mm的圓柱。本發明的有益效果本發明的疊層閃爍體能夠兼顧傳統閃爍體對低能射線與 LaBivCe3+對較高能量射線響應的優勢，可廣泛應用於核醫學影像設備、行李安檢、貨櫃檢查、大型工業設備無損探傷、石油測井、放射性探測、環境監測等領域。


圖1為由CsI :T1和LaBivCe3+構成的疊層閃爍體結構示意圖；圖中，1 -放射源、2-碳纖維板、3-Cs I T1晶體、4-矽脂、5_LaBr3 Ce3+晶體、6-光反射材料、7-鋁皮、8-石英玻璃片。
圖2為CsI: Tl和LaBr3: Ce3+疊層閃爍體實物圖；圖中，a為面向光電倍增管的實物圖，b為面向放射源的實物圖。圖3 為 137Cs 源 662keV γ 射線激發的 Imm CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+ 疊層閃爍體伽瑪能譜。圖4為利用Ag金屬片產生22. 15keV射線示意圖；圖中，9-閃爍體，IO-Ag金屬片，11-22. 15keV射線、59. 5keV射線及康普頓散射射線，12-59. 5keV射線，13-準直241Am放射源。圖5為241Am源59. 5keV打到Ag片上產生的射線激發的LaBr3 Ce3+和2_ CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+疊層閃爍體的伽瑪能譜。圖6為241Am源59. ^eV激發的CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+疊層閃爍體在不同成形時間下的伽瑪能譜(右上角標註成形時間)。圖7為241Am源59. ^eV射線激發的2_ CsI:Tl+20mm LaBr3: Ce3+疊層閃爍體在不同成形時間下的伽瑪能譜(右上角標註成形時間)。圖8為57Co源激發的Imm CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+疊層閃爍體在不同成形時間下的伽瑪能譜(右上角標註成形時間)。圖9為57Co源激發的2mm CsI:Tl+20mm LaBr3:Ce3+疊層閃爍體在不同成形時間下的伽瑪能譜(右上角標註成形時間)。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。實施例ICsI Tl和LaBr3 = Ce3+疊層閃爍體的組裝圖1為由CsI Tl和LaBr3 Ce3+構成的疊層閃爍體結構示意圖，LaBr3 Ce3+晶體5採用布裡奇曼法生長。布裡奇曼法生長晶體的具體過程為單晶生長爐在豎直方向上分為兩個溫區，上半部為高溫區，一般應高於原料熔點50°C以上，以使原料易於吸熱熔化，下半部為低溫區，低於原料熔點。盛裝原料並抽真空密封的坩堝首先在上溫區停留，使原料充分熔化並混合均勻。然後坩堝緩慢下降，使坩堝底部位於低溫區，底部原料凝固成多晶，即自發形成晶核。然後整個坩堝緩慢下降，使上部熔融的原料通過具有一定溫度梯度的固液界面， 從而長成單晶。LaBr3:Ce3+中CeBr3質量百分比為5%;CsI:Tl晶體3向北京濱松公司購買得至I」，TlI質量百分比為0. 2%，兩塊晶體均為圓柱狀，CsIiTl晶體3置於上部，直徑20mm， 厚Imm或2mm，直接面對放射源1，LaBr3 Ce3+晶體5置於下部，直徑20mm，厚20mm，與光電倍增管相連輸出光信號；CsI: Tl和LaBr3: Ce3+晶體間以矽脂4進行光耦合，減少從CsI: Tl產生的光子在兩塊晶體界面由於反射造成的損失；CsI:Tl和LaBivCe3+晶體的上面和側面纏繞有光反射材料6 (聚四氟乙烯)，底面鋪設Imm厚石英玻璃片8，纏繞有光反射材料的側面包裹鋁皮7，光反射材料6的上面為Imm厚碳纖維板2，儘量減少對低能射線(E < 30keV) 的阻擋，碳纖維板2具有一定的機械強度，相比於鋁皮7，對低能射線的阻擋本領低得多，相比鈹窗則成本低廉，且安全無毒，石英玻璃片8與LaBr3: Ce3+晶體5和鋁皮7間以透明液體膠粘牢。圖2顯示了由CsI:Tl和LaBr3:Ce3+構成的疊層閃爍體實物圖。實施例2CsI :T1和LaBr3: Ce3+疊層閃爍體的高能響應實驗
測量光產額、能量解析度等閃爍性質時，採用Hamamatsu R6233-100型光電倍增管，光電倍增管的輸出依次經過前置放大器、線性放大器，進入多道卡，經過模數轉換後在計算機多道程序上顯示；測量發光衰減時間時，採用Hamamatsu XP2020Q型光電倍增管，光電倍增管的輸出與數字示波器直接相連，在示波器屏幕上顯示。以137Cs為放射源，釋放的66^ieV γ射線基本能穿過Imm或2mm CsI Tl晶體，主要在LaBr3: Ce3+中打出閃爍光子。圖3為射線在Imm CsI Tl+20mmLaBr3:Ce3+疊層閃爍體中的伽瑪能譜。 為直觀比較疊層閃爍體與單一閃爍體對66^eV Y射線的響應情況，將其相對光產額和能量解析度列於表1中。測量中LaBr3 Ce3+與疊層閃爍體成形時間為0. 5 μ s，CsI Tl 由於發光衰減時間較長(0. 63 μ s)，其成形時間取為12 μ s，光產額以LaBivCe3+作為基準。表1 137Cs源66^eV γ射線在單一閃爍體及疊層閃爍體中的閃爍性能比較
權利要求
1.一種由CsI:Tl和LaBivCe3+構成的疊層閃爍體，其特徵在於，CsI:Tl晶體置於上部， 面對放射源，LaBr3ICe3+晶體置於下部，與光電倍增管相連，CsIiTl和LaBr3:Ce3+晶體間以矽脂進行光耦合，CsIiTl和LaBivCe3+晶體的上面和側面纏繞有光反射材料，底面鋪設石英玻璃片，纏繞有光反射材料的側面包裹鋁皮，光反射材料的上面為碳纖維板，石英玻璃片與LaBivCe3+晶體和鋁皮間通過透明液體膠粘牢。
2.根據權利1所述一種由CsI:Tl和LaBivCe3+構成的疊層閃爍體，其特徵在於，所述光反射材料為聚四氟乙烯。
3.根據權利要求1所述一種由CsI:Tl和LaBivCe3+構成的疊層閃爍體，其特徵在於， 所述碳纖維板的厚度為0. 5-2mm。
4.根據權利要求1所述一種由CsI:Tl和LaBivCe3+構成的疊層閃爍體，其特徵在於， 所述石英玻璃片的厚度為0. 5-2mm。
5.根據權利要求1所述一種由CsI:Tl和LaBivCe3+構成的疊層閃爍體，其特徵在於， 所述CsI: Tl晶體為直徑15-25mm，厚0. 5_4mm的圓柱。
6.根據權利要求1所述一種由CsI:Tl和LaBivCe3+構成的疊層閃爍體，其特徵在於， 所述LaBr3 = Ce3+晶體為直徑15_25mm，厚18_22mm的圓柱。
全文摘要
本發明公開了屬於無機閃爍體射線探測技術領域的一種CsITl和LaBr3Ce3+疊層閃爍體。該閃爍體的結構為CsITl晶體置於上部，面對放射源，LaBr3Ce3+晶體置於下部，與光電倍增管相連，CsITl和LaBr3Ce3+晶體間以矽脂進行光耦合，CsITl和LaBr3Ce3+晶體的上面和側面纏繞有光反射材料，底面鋪設石英玻璃片，纏繞有光反射材料的側面包裹鋁皮，上面為碳纖維板，石英玻璃片與LaBr3Ce3+晶體和鋁皮間通過透明液體膠粘牢。本發明的疊層閃爍體能夠兼顧傳統閃爍體對低能射線與LaBr3Ce3+對較高能量射線響應的優勢，可在各種需要輻射探測的領域中應用。
文檔編號G01T1/202GK102426381SQ201110335020
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者何元金, 高鑫 申請人:清華大學