閃爍體(變體)的製作方法

2023-09-13 16:46:25 3

專利名稱：閃爍體(變體)的製作方法
技術領域：
本發明適用於閃爍材料，並可用於核物理、醫藥和石油工業以進行X-射線、γ-射線和α-射線的記錄和測量；固態結構的非破壞性測試；三維正負電子計算機斷層檢查(PET)和X射線計算機螢光照相術。本發明的相關性在於，在螢光檢查、X-射線計算機斷層照相術和PET中，新型/改進的閃爍劑的加入明顯提高了圖像質量和/或降低了測量時間。(「Inorganic scintillators in medical imaging detectors」Carel W.E.vanEijk，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 509(2003)17-25)。
背景技術：
已知的閃爍體(scintillation substances)是用鈰摻雜的氧化原矽酸(oxyorthosilicate)鑥粉末Lu1.98Ce0.02SiO5(A.G.Gomes，A.Bril「Preparation and Cathodoluminescence of Ce3+activated yttrium silicatesand some isostructural compounds」.Mat.Res.Bull.Vol.4，1969，pp.643-650)。製造該無機發光材料用於陰極射線發光器件，但是該物質也可用於X-射線、γ-和α-射線發射記錄。
鈰摻雜的氧化原矽酸鑥Ce2xLu2(1-x)SiO5的閃爍體/晶體是已知的，其中x在2×10-4至3×10-2的範圍內變化(美國專利#4958080，18.09.90)。由組成為Ce2xLu2(1-x)SiO5的熔體生長成具有該組成的晶體。在科學文獻中，對於該晶體的名稱，廣泛使用縮寫名LSO:Ce。Ce2-xLu2(1-x)SiO5閃爍晶體與其它晶體相比具有許多優點高密度、高原子數、相對較低的折射率、高光輸出、短閃爍衰變時間。已知閃爍材料的缺點在於閃爍的重要特性，也就是光輸出和能量解析度，在晶體與晶體之間的大分散性。CTI Inc.company(Knoxville，USA)工業製成的LSO:Ce晶體的系統測定的實驗結果清楚表明了這一點(美國專利#6413311，2.07.2002)。另一缺點是當含LSO:Ce晶體的器件在溫度高於室溫的條件下運作時(例如在石油工業中，在新沉積物的搜索過程中在鑽孔中進行巖石組成分析)，光輸出明顯降低。LSO:Ce晶體的另一缺點是餘輝效應，也就是輻射照射後的延長螢光，例如在美國專利#4958080中描述的樣品的發光強度在10分鐘內降至數分貝。
透明陶瓷形式的含鈰的氧化原矽酸鑥Ce:Lu2SiO5是已知的閃爍體。Lu2SiO5:Ce閃爍劑通過燒結Lu2SiO5:Ce粉末成形為陶瓷材料。由於Lu2SiO5:Ce具有單斜晶結構而非立方結晶結構，燒結產生了半透明陶瓷而非透明陶瓷。通過結合矽酸鹽氧化物、氧化鑥、氧化鈰、氧化鉀和氧化鋇，將鈰摻雜的原矽酸鑥製成透明玻璃閃爍劑。去除顆粒之間的孔隙，從而使閃爍劑材料固結。由此，將半透明陶瓷轉化成可用於藥物X-射線斷層照相機中的透明陶瓷(美國專利#6,498,828，來自24.12.2002)。所述專利的缺點在於由所謂的化學計量組成的氧化原矽酸鑥混合物製成的閃爍陶瓷的質量，化學計量組成的特徵在於(Lu+Ce)/Si的化學式單位比率完全等於2/1。由於氧化原矽酸鑥的同成分(congruent)組成不符合化學計量組成，具有化學計量組成的陶瓷顯然含有未完全反應的氧化物組分，因此形成散射中心。光輸出是閃爍劑的一個重要特性。散射中心的存在明顯降低了光輸出。由鈰摻雜的氧化原矽酸釓製成的透明陶瓷具有相同的局限性(W.Rossner，R.Breu「Luminescence properties cerium-doped gadoliniumoxyorthosilicate ceramics scintillators」Proc.Int.Conf.on InorganicScintillators and Their Application，STINT』95，Netherlands，DelftUniversity，1996，p.376-379)。由透明陶瓷製成的閃爍元件與由Ce:Gd2SiO5晶體製成的元件相比，具有低60％的光輸出。
餘輝的存在對於一些應用(例如對於成像系統)是非常不合意的效果，其中器件的電子部件顯示出來自吸收γ-輻射的閃爍元件的光子通量。餘輝效應，即來自閃爍元件的光子通量未受到γ-輻射照射，降低了器件的對比度範圍、靈敏度和精確度。餘輝還損害了以正電子發射同位素的應用為基礎的醫療器件的參數，例如，用於癌症診斷，尤其是用於為測試新藥品而設計的微PET(MicroPET)系統的三維醫療X射線斷層照相機(全3D PET照相機)。三維醫療X射線斷層照相機的操作原理在於，在患者的血液中加入顯微濃度的含有發射正電子同位素的物質。該物質聚集在患者的癌細胞中。發出的正電子立即隨電子湮滅，這導致發射出兩個精確地在相反方向散射的511KeV能量的γ-量子。在X射線斷層照相中，兩個γ-量子的檢測都是通過多個環狀檢測器進行的，每個檢測器含有幾百個分離的結晶閃爍元件。高Ce:LSO密度使受試患者體內發出的所有γ-量子被有效吸收。通過γ-量子和指示這些γ-量子的多個閃爍元件的時間檢測來測定放射性同位素的原子在患者體內的位置。在患者體內，由於康普頓效應，一部分γ-量子散射，因此，由未排成直線的結晶閃爍元件進行γ-量子的檢測。因此，如果一個閃爍元件具有強餘輝，那麼指示系統就會由於瞬間的湮滅而識別出這個元件，然而，實際上，這種檢測是在測量之前受到γ-量子輻射的後果。在具有常規解析度的三維醫療X射線斷層照相機中，使用數千個6×6×30立方毫米閃爍元件，它們保持6×6×6＝216立方毫米體積的三維解析度。在使用相當厚的6×6平方毫米橫截面的元件進行癌症診斷時，即使Ce:LSO晶體的強餘輝也不會導致明顯後果，因為可以通過注射大劑量的放射性物質或通過降低患者通過X射線斷層照相機的環的平移速率來實現所需的記錄精確度。
然而，用於在活體內，尤其是在人腦中研究生命過程，或用於在新藥測試過程中在動物體(小鼠、大鼠)內測量藥物分布的微PET的條件改變明顯。對於微PET系統，必須使用具有最大空間解析度的器件。現在使用橫截面為1×1平方毫米，甚至0.8×0.8平方毫米的閃爍單元。實現1立方毫米的空間解析度。由於如此小的元件厚度，許多γ-量子可以在不同角度直接穿過數個閃爍單元。因此，計算哪部分的閃爍輻射是由某些或其它γ-量子引起的是一項複雜的技術任務。在這種情況下，餘輝變成非常不合意的效果，因為其降低了整個系統的精確度。
對於Ce:LSO晶體，詳盡地研究了餘輝和熱發光現象(P.Dorenbost，C.van Eijekt，A.Bost，Melcher「Afterglow and thermoluminescenceproperties of Lu2SiO5:Ce scintilation crystals」，J.Phys.Condens.Matter 6(1994)，pp.4167-4180)。按照該文章，在具有高光輸出和低光輸出的晶體中都觀察到餘輝，並且結論是餘輝是Ce:LSO物質的固有性質。
鈰摻雜的氧化原矽酸釓，Ce2yGd2(1-x-y)A2xSiO5是已知的物質，其中A是至少一種選自La(鑭)和Y(釔)的元素，x和y的值在0＜x＜0.5和1×10-3＜y＜0.1的範圍內變化(美國專利4,647,781，03.03.1987)。這類閃爍晶體的主要局限是與上述Ce摻雜的氧化原矽酸鑥Ce2xLu2(1-x)SiO5相比的低光輸出。
在美國專利6,413,311中描述了大尺寸鈰摻雜的氧化原矽酸鑥Ce:LSO的已知晶體生長方法，其中通過Czochralski技術生成直徑高達60毫米、長20釐米的Ce:LSO晶塊。這些大尺寸Ce:LSO晶塊的明顯缺點在於光輸出即使在晶塊內部也明顯不同，從晶塊頂部至底部降低了30％-40％。此外，閃爍衰變時間(發光時間)可以在29納秒至46納秒的大範圍內變動，此時能量解析度值可以在12％-20％的範圍內波動。這種性能上的大分散性導致在工業製造過程中必須通過Czochralski法生成大量晶塊、將它們切割成數份(數塊)，測試每一塊(pack)並根據這些測試選擇可能用於製造醫療X射線斷層照相機的閃爍元件的塊。
閃爍晶體LU2(1-x)Me2xSi2O7是已知的，其中LU是鑥基合金，其還包括Sc、Yb、In、La、Gd中的一種或多種；其中Me是Ce或被一種或多種鑭系元素(不包括鑥)部分取代的鈰；且其中x是由焦矽酸鑥結構的單斜晶體中LU對Me的取代限度決定的(美國專利6,437,336)。由Lu2(1-x)M2xSi2O7的同成分熔融組合物結晶形成晶體，同成分組合物可以用高達80％的初始熔體，並且晶體表現出對γ-輻射的可再現閃爍響應，在晶塊體積中的光輸出分散性不超過20％，並且該商業參數明顯優於Ce:LSO晶體。然而，Lu2(1-x)Me2xSi2O7晶體在基本閃爍參數，也就是光輸出和密度方面明顯低於Lu2SiO5晶體。因此，氧化原矽酸鑥晶體，Ce:LSO是在三維正負電子X射線斷層照相術中更優選使用的閃爍劑，因為以這些晶體為基礎的X射線斷層照相機更靈敏，並因此減少了在癌症初期患者血液中添加的放射性藥劑的劑量。
化學式為LiYSiO4的鈰摻雜的矽酸釔的含鋰閃爍體是已知的(M.E.Globus，B.V.Grinev「Inorganic scintillators」，publishing house『AKTA』Kharkov，(2000)p.51)。5％Ce3+摻雜的LiYSiO4晶體在410納米具有發光峰，發光時間常數等於38納秒，且在γ-量子檢測中的最大光輸出為10000光子/Mev，該值比已知的氧化原矽酸鑥閃爍晶體Ce2-xLu2(1-x)SiO5低2.5倍。3.8克/立方釐米的低密度閃爍劑導致γ輻射的低效檢測。該物質可用於中子輻射的檢測，然而該材料對於γ-輻射是低效的。
化學式LiLuSiO4的鈰摻雜的矽酸鑥的含鋰閃爍體是已知的(M.E.Globus，B.V.Grinev「Inorganic scintillators」，publishing house『AKTA』Kharkov，(2000)p.51)。1％Ce3+摻雜的LiLuSiO4晶體在420納米具有發光峰，發光時間常數等於42納秒，且在γ-輻射檢測中的最大光輸出為大約30000光子/Mev，該值比已知的氧化原矽酸鑥閃爍晶體Ce2-xLu2(1-x)SiO5高10％。然而，給定晶體的主要局限性在於等於5.5克/立方釐米的低密度。這種小密度使這些晶體不能用於三維X射線斷層照相機(全3D PET照相機)，尤其不能用於微PET系統，因為這些應用中對閃爍晶體的基本要求是γ-輻射的衰減長度應該小於1.5釐米(W.M.Moses，S.E.Derenzo「Scintillators for positron emissiontomography」，Conference SCINT』95，Delft，The Netherlands(1995)，LBL-37720)。這一參數等於密度為5.5克/立方釐米的晶體的值——2.67釐米，而對於密度為7.4克/立方釐米的Ce2-xLu2(1-x)SiO5，衰減長度等於1.14釐米。
Ce:LiYSiO4和Ce:LiLuSiO4晶體不能被考慮作為本發明的任何變體的原型，因為它們在化學式和晶體結構(其決定了晶體密度)上都不同。對於作為本發明的目標的那些用途，高晶體密度是基本參數。
本發明的化學式是以在單斜晶系，空間群B2/b，Z＝4中結晶，並在具有空間群P63/m，Z＝1的磷灰石結構類型的六方晶系中結晶的含鈰Ce矽酸鹽晶體為基礎的固溶體的大量晶體。
以磷灰石-brytolite結構類型結晶的單陽離子矽酸鈰Ce9.33□0.67(SiO4)6O2(其中□是陽離子空位)(A.M.Korovkin，T.I.Merkulyaeva，L.G.Morozova，I.A.Pechanskaya，M.V.Petrov，I.R.Savinova「Optical and spectral-luminescence properties of the orthosilicate crystalsof lanthanide」Optics and Spectroscopy，value 58，issue 6(1985)p.1266-1269)和鈰的雙矽酸鹽LiCe9(SiO4)6O2(I.A.Bondar，N.V.Vinogradova，L.N.Dem』yanets等，「Silicates，germanates，phosphates，arsenates，and vanadates.Chemistry of rare elements」monograph M.Nauka，(1983)288p.)是已知的。鈰存在於Ce9.33□0.67Si6O26ИLiCe9Si6O26晶體中，然而，在它們當中發光完全驟滅，這通過由晶體中鈰離子的高濃度引起的濃度驟滅解釋。這些晶體不適合用作閃爍劑。本發明的權利要求16、17、18中所要求的物質的類似物是單陽離子矽酸鈰Ce9.33□0.67Si6O26的晶體，因為其具有相同的對稱性，P63/m，Z＝1，並具有與前述變體最接近的組成。本發明的權利要求19、20、21中所要求的物質的類似物是雙矽酸鈰LiCe9Si6O26的晶體，因為其具有相同的對稱性，P63/m，Z＝1，並具有與前述變體最接近的組成。Ce9.33□0.67Si6O26晶體與LiCe9Si6O26晶體都不能被接受作為本發明的每種閃爍體變體的原型，因為它們不是閃爍材料，也就是說這些晶體不具有本發明反映用途的通有特徵。
在國際X-射線圖書館資料庫(PDF Database，International Center forDiffraction Data，Newton Square，PA，U.S.A)中的化學化合物的計算機檢索表明，分別基於單陽離子和雙陽離子矽酸鹽R9.33□0.67(SiO4)6O2和LiR9Si6O26(其中R＝La、Sm、Nd、Gd、Ce)的每種化學化合物都是已知的。然而，據我們所知，還沒有專利或文獻提到在這些化合物中額外摻入鈰，其對於引發閃爍性能是必須的。因此，R9.33□0.67(SiO4)6O2和LiR9Si6O26物質(其中R＝La、Gd或它們的混合物)必須被視為已知物質在新用途上的應用。
對於所要求保護的閃爍體的所有變體，選作原型的最接近的類似物是俄國專利2157552和美國專利6,278,832中的閃爍體(變體)。本發明的化學式代表了氧化原矽酸鹽晶體的固溶體的許多晶體，其包含鈰Ce並以具有空間群B2/b，Z＝4的Lu2SiO5結構類型結晶，該組成表示為化學式CexLu1A1-xSiO5，其中A是Lu和至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb的元素。元素周期表的其它元素可以作為起始氧化物中的雜質存在於晶體中，或可以在晶體生長過程中或由於在特殊氣氛中退火而引入組合物中。在美國專利6,323,489中獲得了部分類似結果。該專利保護組成化學式為CezLu2-x-zYxSiO5(其中0.05＜x＜1.95且0.001＜z＜0.02)的鑥-釔氧化原矽酸鹽晶體。上述發明的主要缺點是，對於該專利的所有閃爍材料，僅使用等於50％Lu2O3/50％SiO2＝1的起始氧化物摩爾比，這完全相當於Lu2SiO5結構的化學計量組成。對於所有同時含有幾種稀土離子的混合晶體，使用下述比率——50％的不同元素的混合物和50％的SiO2。該組成不能通過Czochralski法生成在晶塊的整個體積範圍上都具有高度均勻的閃爍參數的大的(超過80-100毫米直徑)含鑥的和鈰摻雜的工業晶體。此外，當鋸成閃爍元件，例如尺寸0.8×0.8×10立方毫米時，具有化學計量組成的晶體裂化。特定閃爍材料的另一基本缺點在於存在氧空位，這提高了光輸出並降低了晶塊在鋸切時裂化的可能性，但是，同時，二至四倍的氧空位的存在提高了閃爍材料的γ-輻射後的餘輝(熱發光)強度。
以50％Lu2O3/50％SiO2氧化物摩爾比為特徵的組成的基本缺點的另一證實是美國專利5,660,627中描述的信息。該專利保護了通過Czochralski法由化學式為Ce2xLu2(1-x)SiO5(其中2×10-4＜x＜6×10-2)的熔體生長具有平面結晶前沿的原矽酸鑥晶體的方法。用錐形結晶前沿和用平面結晶前沿生成的晶體的γ-發光光譜在形狀和最大發光位置上都有很大的根本不同。因此，明顯的差別來自初始熔體的組成，其具有50％Lu2O3/50％SiO2的主要組分摩爾比。由該熔體生長的晶體具有與該熔體組成不同的組成，沿著晶體橫截面觀察到濃度梯度，並且實際的Ce2xLu2(1-x)/Si離子比率不同於2/1＝2化學式單位的比率。為了證實專利5,660,627中聲明的目標，以0.5毫米/小時和1毫米/小時的速率生成直徑26毫米的晶體，然而，即使在這些非常有利的生長參數下，由於閃爍性能的裂化和分散性，以錐形結晶前沿生成的晶體不能用於工業應用。
多年來通過Czochralski法生長具有平面晶體-熔體界面的晶體用於光學和壓電材料的工業製造，其在科學刊物和書籍中的數百篇論文中有詳細的描述。公知的商業偏鈮酸鋰晶體(R.L.Byer，J.F.Young「Growthof High-Quality LiNbO3Crystals from the Congruent Melt」Journal ofAppl.Phys.41，N6，(1970)，p.2320-2325)是通過Czochralski法由具有同成分組成Li0.946NbO2.937的熔體(初始氧化物的比率等於Li2O/Nb2O5＝0.946)生成的，同成分組成與偏鈮酸鋰LiNbO3的普通化學計量組成(其中組分比率等於50％LiO/50％Nb2O5＝1)不同。(P.Lerner，C.Legras，J.Dumas「Stoechiometrie des mohocristaux de metaniobate de lithium」，Journal of Crystal Growth，3，4(1968)p.231-235)。非化學計量化合物的存在與實際晶體的結構直接相關，在該結構中存在晶格空位，並且在晶體間隙位置中存在元素之一的過量原子(P.V.Geld，F.A.Sidorenko「Dependence of physical-chemical properties of non-stoichiometriccompounds on structure of short-range order」Izvestia ANSSSR，seriaInorganic materials，1979，v.15，#6，p.1042-1048)。因此，構成結構的組分比率並不符合整數指數(whole-numbered indices)，並通過分數表示這些化合物的化學式。如果熔體的組成與由該熔體生成的晶體的組成一致，化學組成就被稱作同成分組成。由具有同成分組成的熔體生成的晶體的所有物理和機械性能在晶塊的整個體積範圍內都保持恆定的值。對於一些用途，優選使用接近化學計量的組成，Li2O/Nb2O5＝1，2002年10月15日提交的美國專利6,464,777B2。該專利清楚地表明，晶體組成的小變化會導致晶體物理性質的明顯改變，並且這對實際應用是重要的。
已知的是(在書籍D.T.J.Hurle「Crystal Pulling from the Melt」Springer-Verlag，Berlin，Heidelberg，New-York，London，Paris，Tokyo，Hong Kong，Budapest，1993，p.21)，由於光學和電子領域的複合氧化物體系(例如石榴石和尖晶石)不符合同成分熔融組成，必須僅以非常低的速率引發生長以留出擴散離開過量組分界面的時間。如果不能實現這一點，就會由於發生組成過冷而導致晶體完整性的急劇降低。尋找同成分組成或非常接近同成分組成是所有光學材料發展工業生產中的重要階段，但是，本發明的作者不知道在科學刊物或在專利中公開了關於氧化原矽酸鑥的同成分組成(或接近同成分組成)的數據。所有已知的文獻都致力於化學式單位比率(Ce2x+Lu2(1-x))/Si完全等於2/1的晶體。
綜合上述內容，我們可以斷定，基於原矽酸鑥CexLu2-xSiO5的閃爍晶體和原型晶體的已知閃爍晶體以及這些晶體的製造方法所固有的基本技術缺點是，生成晶體的光學質量的縱向不均勻性、通過Czochralski法生成的晶塊體積內基本閃爍參數的不均勻性和在類似條件下生成的晶塊與晶塊之間的不均勻性，以及，最後，低生長速率。這些缺點基本源於在Czochralski法中使用了下述熔體——該熔體的組成的特徵在於，化學式單位的比率(Ce+Lu)/Si完全等於2/1，也就是說，這些缺點的原因在於熔體的非同成分組成。在存在同成分點時，由化學計量組成進行晶體生長會導致基質晶體組分Lu、Si和附加組分Ce的偏析係數都相差一單位，此外，晶體組成在晶體拉制時偏離同成分點，這即使在相當低的生長速度下也會導致晶體質量的急劇降低。組分的偏析係數是晶體內的組分量與熔體內的組分量的比率。原矽酸鑥基閃爍晶體的另一普遍技術缺點是由於將大(直徑高達60毫米)晶塊切成1毫米厚的小塊(再將這些小塊切成杆狀以產生組裝一個X射線斷層照相機所需的數萬塊1×1×10立方毫米大的元件)的過程中的裂化而產生的結晶材料的大損耗。

發明內容
本發明的任務是創造一種新型閃爍材料及其製造方法。本發明涉及通過定向結晶法生長的閃爍材料的大結晶塊的大規模製造任務的解決方法。閃爍材料應該具有大密度；高光輸出和大規模製造中閃爍性能的均一性；由於機械處理時結晶物質的小損耗而降低最終閃爍元件的製造成本；降低具有晶體的最佳化學組成的元件的時間和餘輝強度。Stepanov’s方法可以製造特定尺寸的杆狀晶體形式的閃爍體，包括具有正方形橫截面的元件，並因此排除了大塊晶體的膨脹切斷(expansiveslicing)。以矩形杆狀和片狀形式製造閃爍半透明或透明陶瓷的方法還可以消除閃爍體在晶體塊切割過程中的膨脹損耗。因此，本發明提出了一組發明並可基於晶體和陶瓷的閃爍體的不同變體(具有高密度並代表具有不同化學式的稀土矽酸鹽)獲得一些技術結果。
所提供的這組發明解決的技術任務是製造在整個體積範圍內都具有發光的高光輸出的大結晶塊，其通過定向結晶法(特別是Kyropoulas和Czochrolski法)生長，本發明的任務還包括在大規模製造中生成的單晶的閃爍性能的再現性。
具體的第一技術任務是強度和餘輝時間低於已知氧化原矽酸鑥晶體的閃爍體組合物，並且所述物質的光輸出等於或高於氧化原矽酸鑥。
具體的第二技術任務是在用於三維正電子發射X射線斷層照相機的閃爍元件的鋸切和製造過程中，由裂化導致的有價值閃爍元件的損耗百分比很小。特別地，對於高空間解析度的醫藥器件，例如對於在活生物體內記錄正電子-發射同位素(微-X射線斷層照相機-微PET)，需要尺寸為1×1×20立方毫米或0.8×0.8×10立方毫米的元件。
具體的第三技術任務是通過定向結晶法生長閃爍單晶的方法。術語「定向結晶」是指任何單晶生長方法，包括Czochralski法、Kyropoulas法、Bridgman法和其它已知方法。
由於使用了下述晶體和陶瓷的閃爍體，獲得了所述任務的解決方法——該閃爍體具有以十種物質變體為基礎的組成，這十種變體在這些材料的共有結構類型、化學式和製造方法上一致。
變體#1.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第一變體中，新穎之處在於物質的組成表示為化學式CexLu2+2y-xSi1-yO5+yx是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值。
由於使用了以矽酸鹽(其具有基本組分的同成分組成)為基礎的物質，實現技術結果——在大規模製造過程中產生具有大密度、高光輸出和均一的閃爍性能的閃爍體。
在
具體實施例方式
中，使用下述閃爍體獲得技術結果，該閃爍體的特徵在於，單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLu2.076-xSi0.0962O0.5038x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值。
通過閃爍材料的製造方法實現另一技術結果，也就是大結晶塊的大規模生產，這些大結晶塊在整個結晶塊體積範圍內都具有發光的高光輸出和單晶閃爍性能的再現性。單晶是通過定向結晶法由以下熔體生長的，該熔體通過由51.9％(Lu2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2氧化物摩爾比確定的組成進料而製成。
通過Czochralski法進行單晶生長和通過Kyropoulas法進行晶體生長，由此實現本發明的特定具體實施方式
的技術結果，即閃爍元件生產成本的降低和在大規模生產時樣品的晶塊與晶塊之間物理性能的再現性。給定方法的新穎之處在於單晶是通過Czochralski法以及Kyropoulas法由以下熔體生長的，該熔體通過由51.9％(Lu2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2＝1.079氧化物摩爾比確定的組成(也就是所謂的同成分組成)進料而製成。在該氧化物比率下，生成晶體的組成等於熔體的組成，與由化學計量組成50％(Lu2O3+Ce2O3)/50％SiO2＝1的熔體生成的晶體相比，該情況可以生成組成和物理性質更均勻的晶體。由具有同成分組成的熔體進行晶體生長可以利用超過80％的熔體，這明顯降低了閃爍元件的成本。
變體#2.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第二變體中，新穎之處在於物質的組成表示為化學式CexLu2+2y-x-zAzSi1-yO5+y其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb、Ca的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
由於使用了以矽酸鹽(其具有所有基本組分的同成分組成，(Lu+A+Ce)和Si)為基礎的物質，實現了技術結果——產生具有相對較低的成本、高光輸出和均一的閃爍性能的閃爍體。將重的昂貴的鑥取代成至少一種相對較輕的選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb、Ca的元素，降低了製造成本，降低了生長後的退火和切割過程中的晶體裂化，提高了光輸出，但是可能導緻密度微不足道的降低。具有7.2-7.4克/立方釐米的較小密度和Z＝58-63的原子數但是具有高光輸出的廉價的閃爍晶體可用於多種用途，例如，核工業。
在
具體實施例方式
中，使用下述閃爍體獲得技術結果，該閃爍體的特徵在於，單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLu2.076-x-zAzSi0.962O5.038其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb、Ca的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
在
具體實施例方式
中，通過下述閃爍體的生長獲得詳細技術結果，即光輸出的提高，繼之以密度無關緊要的降低，該閃爍體的特徵在於，單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLu2.076-x-m-nLamYnSi0.962O5.038x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，
m是不超過0.05f.u.的值，n是1×10-4f.u.至2.0f.u.之間的值。
進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+A2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成(其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素)，由該進料製成熔體，由該熔體通過定向結晶法生長閃爍單晶，由此實現另一技術結果——大結晶塊的大規模生產，該大結晶塊在整個結晶塊體積範圍內都具有發光的高光輸出且在大規模生產過程中生成的單晶的閃爍性能具有再現性。
通過Czochralski法進行單晶生長和通過Kyropoulas法進行晶體生長，由此實現本發明的特定具體實施方式
的技術結果，即閃爍元件生產成本的降低，生長後的退火和切割過程中的晶體裂化的降低，以及在大規模生產時樣品的晶塊與晶塊之間的物理性能的再現性。給定方法的新穎之處在於單晶是通過Czochralski法和Kyropoulas法由以下熔體生長的，該熔體通過由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+A2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成(其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb、Ca的元素)進料而製成。
變體#3.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第三變體中，新穎之處在於該物質含有不超過0.25f.u.的鋰Li，並且物質的組成表示為化學式CexLiq+pLu2-p+2y-xSi1-yO5+y-px是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.2f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
由於使用了以含鋰且具有基本組分的同成分組成的矽酸鹽為基礎的物質，實現了技術結果——在大規模生產過程中產生了具有高光輸出、大密度和閃爍性能的均一性和再現性的閃爍體。
在
具體實施例方式
中，使用下述閃爍體獲得技術結果——即閃爍元件生產成本的降低和在大規模生產時樣品的晶塊與晶塊之間物理性能的再現性，該閃爍體的特徵在於含有不超過0.25f.u.的鋰Li的單晶形式的該物質的組成表示為化學式
CexLiq+pLu2.076-p-xSi0.962O5.038-px是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.2f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
通過進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+Li2O+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成而製成熔體，由該熔體通過定向結晶法生長閃爍單晶，由此實現另一技術結果——大結晶塊的大規模生產，該大結晶塊在整個結晶塊體積範圍內都具有發光的高光輸出，且在大規模生產過程中生成的單晶的閃爍性能具有再現性。
變體#4.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第四變體中，新穎之處在於該物質含有不超過0.25f.u.的鋰Li，並且其組成表示為化學式CexLiq+pLu2-p+2y-x-zAzSi1-yO5+y-p其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.2f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
由於使用了以矽酸鹽(其具有所有基本組分的同成分組成，(Lu+Li+A+Ce)和Si))為基礎的物質，實現了技術結果——產生的閃爍體具有相對較低的成本、降低了生長後的退火和切割過程中的晶體裂化、具有高光輸出和均一的閃爍性能。將重的昂貴的鑥取代成至少一種相對較輕的選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，降低了製造成本，提高了光輸出，但是可能導緻密度微不足道的降低。具有7.2-7.4克/立方釐米的較小密度和Z＝58-63的原子數但是具有高光輸出的廉價的閃爍晶體可用於多種用途，例如，核工業。
在
具體實施例方式
中，使用下述閃爍體獲得技術結果，該閃爍體的特徵在於含有不超過0.25f.u.的鋰Li的單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLiq+pLu2.076-p-x-zAzSi0.962O5.038-p
其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.2f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
通過進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+Li2O+A2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成而製成熔體，由該熔體通過定向結晶法生長單晶，由此實現另一技術結果——具有低成本的大結晶塊的大規模生產，該大結晶塊在整個結晶塊體積範圍內都具有發光的高光輸出，且在大規模生產過程中生成的單晶的閃爍性能具有再現性。
變體#5.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第五變體中，新穎之處在於該物質的組成表示為化學式CexLu9.33-x□0.67Si6O26x是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值。
由於製造在磷灰石空間群P63/m，Z＝1的六方晶系中結晶的單陽離子矽酸鹽，以及在物質中使用了有利含量的Ce3+離子，實現了技術結果——產生具有大密度、高光輸出的閃爍體。
變體#6.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第六變體中，新穎之處在於該物質含鋰Li，且物質的組成表示為化學式CexLiq+pLu9.33-x-p□0.67Si6O26-px是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.3f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.25f.u.之間的值。
由於製造在磷灰石空間群P63/m，Z＝1的六方晶系中結晶的單陽離子矽酸鹽，以及在物質中使用了有利含量的Ce3+離子，實現了技術結果——產生具有大密度、高光輸出的閃爍體。
變體#7.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第七變體中，新穎之處在於該物質含鋰Li，且物質的組成表示為化學式CexLiq+pLu9.33-x-p-z□0.67AzSi6O26-p
其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.3f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.25f.u.之間的值，z是5×10-4f.u.至8.9f.u.之間的值。
由於製造在磷灰石空間群P63/m，Z＝1的六方晶系中結晶的單陽離子矽酸鹽，以及在物質中使用了有利含量的Ce3+離子，實現了技術結果——產生具有大密度、減少的在生長後的退火和切割過程中的晶體裂化、高光輸出的閃爍體。
變體#8.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第八變體中，新穎之處在於該物質含有一化學式單位的鋰Li，且物質的組成表示為化學式CexLiLu9-xSi6O26x是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值。
由於製造在磷灰石空間群P63/m，Z＝1的六方晶系中結晶的雙矽酸鹽，以及在物質中使用了有利含量的Ce3+離子，實現了技術結果——產生具有大密度、高光輸出的閃爍體。
變體#9.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第九變體中，新穎之處在於該物質含有超過1.0f.u.的鋰Li，且物質的組成表示為化學式CexLi1+q+pLu9-x-pSi6O26-px是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.3f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.25f.u.之間的值。
由於製造在磷灰石空間群P63/m，Z＝1的六方晶系中結晶的雙矽酸鹽，以及在物質中使用了有利含量的Ce3+離子，實現了技術結果——產生具有大密度、高光輸出的閃爍體。
變體#10.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的已知閃爍體，在本發明的第十變體中，新穎之處在於該物質含有超過1.0f.u.的鋰Li，且物質的組成表示為化學式CexLi1+q+pLu9-x-p-zAzSi6O26-p
其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.3f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.25f.u.之間的值，z是5×10-4f.u.至8.9f.u.之間的值。
由於製造在磷灰石空間群P63/m，Z＝1的六方晶系中結晶的雙矽酸鹽，以及在物質中使用了有利含量的Ce3+離子，實現了技術結果——產生具有大密度、減少的在生長後的退火和切割過程中的晶體裂化、高光輸出的閃爍體。
對於所有列舉的變體，鈰離子Ce3+的存在是強制性的要求，因為在γ和X-射線輻射下的閃爍與來自Ce3+離子5d→2F5/2轉移(transfer)的發光結合。對於所有物質變體，Ce3+離子的最大發光在光譜的藍光410-450納米區域內。該頻帶對於用光電倍增管和半導體輻射檢測器進行的輻射檢測都是最佳的。對於在該區域的測量，使用帶有廉價玻璃輸入窗口的普通市售光學倍增管，這與使用在光譜紫外線區域具有發射峰的閃爍晶體的器件相比，降低了醫療器件的成本。鈰離子發光的高量子產額也是具有上述化學式的所有晶體的代表性標誌。5％-9％量子產額代表了哪部分γ量子能量被轉化成Ce3+離子發射，哪部分能量(91％-95％)在晶格原子的熱振蕩中散失。基本的閃爍參數，光輸出，直接取決於物質/晶體內鈰Ce3+離子的濃度。
對於所有變體，通過下述事實確定鈰離子的下限——Ce3+的含量低於1×10-4f.單位時，由於小濃度，Ce3+的閃爍發光效率變得很微小。當鈰濃度低於上述限額時，不能實現技術任務，也就是不可能實現足以應對實際應用的光輸出。
對於實際應用，需要具有更高鈰離子濃度的晶體，因為這些晶體具有明顯更高的光輸出。然而，非常高的鈰濃度導致一些負面結果。首先，具有高鈰濃度的晶體具有差光學質量，在晶體中存在散射中心。其次，由於光學質量的降低和量子效率的降低，產生光輸出的降低，這會由於相鄰鈰離子的相互作用(即所謂的發光的濃度猝滅效應)而發生。因此，對於在單斜晶系中以具有空間群B2/b，Z＝4的結構類型CexLn2-xSiO5結晶的本發明的所有物質，鈰離子的上限設為0.02f.單位。對於在六方晶系中以具有空間群P63/m，Z＝1的磷灰石結構類型結晶的CexLn9.33-x□0.67SiO26和CexLiLn9-xSiO26物質，上限設為0.1f單位。通過實驗法確定這些限額。當濃度高於所述限額時，在結晶過程中會形成許多光散射中心，因此，這些有缺陷的晶體不可能用於醫療和技術器件。
由於具有同成分組成的閃爍晶體的生長，實現了技術結果，即產生了大結晶塊，其在所有體積範圍內都具有發光的高光輸出，大規模生產種生成的單晶的閃爍性能具有再現性，由閃爍元件鋸切和製造過程中的裂化造成的有價值閃爍元件的損耗百分比很小。變體#1、#2、#3和#4共有的改進徵兆是物質化學組成(也就是以(Lu2-x+2y+Cex)/Si1-y和(Lu2-x+2y-z+Cex+Az)/Si1-y的化學式單位比率為特徵的組成)中稀土離子與矽離子的比值不同於2/1的比率，而對於所有基於原矽酸鹽的已知閃爍體，該值必然等於2。對於本發明的物質，(Lu2-x+2y+Cex)/Si1-y和(Lu2-x+2y-z+Cex+Az)/Si1-y的化學式單位比率在2.077至2.396的範圍內變化，其相當於分別等於51.2％(Lu2O3+Ce2O3+A2O3)/48.8％SiO2＝1.049和54.5％((Lu2O3+Ce2O3+A2O3)/45.5％SiO2＝1.198的氧化物摩爾比。這些量值相當於物質組成CexLu2+2y-xSi1-yO5+y、CexLu2+2y-x-zAzSi1-yO5+y、CexLiq+pLu2+2y-x-z-pAzSi1-yO5+y-p，其中變量y在0.024f.單位至0.09f.單位的範圍內變化。我們已經使用電子微分析用的市售器件(CamecaCamebax SX-50，在20kV，50mA下操作，且光束直徑為10微米)測量指定量值，組成測量的精確度為±0.003f.單位，以摩爾百分比表示，精確度為±0.15摩爾％。從由組分摩爾比(Lu2-x+Cex)/Si和(Lu2-x-y+Cex+Az)/Si在1.77至2.44的範圍內的熔體通過定向結晶法生成的晶體上，切割用於測量的機械拋光樣品。基於一系列粉狀組合物的X-射線相分析和熔點測量，本發明的作者已經確定了在Lu2O3-SiO2體系中存在氧化原矽酸鑥的區域的相圖部分(圖1)。圖1中顯示了根據熔體的組成改變氧化原矽酸鑥晶體的固溶體(相「S」)組成的方法。根據傳統標記，在該圖中液相由符號「L」表示。固熔體「S」的最大熔點溫度對應於組成圖上51.9摩爾％Lu2O3+48.1摩爾％SiO2的組成。存在相「S」的區域被兩相平衡L+S、Lu2O3+S和S+Lu2Si2O7的領域環繞。
詳細描述相圖(圖1)在由具有不同化學組成的熔體生成晶體的過程中的固化近平衡條件。初始熔體的組成與由該熔體生成的晶體的組成的比較，確定了根據圖1所示的液相線和固相線發生固化。在稱量初始化學品時設定熔體的組成，在實驗過程中還考慮熔體的溫度。在低梯度溫度條件下進行晶體生長，拉晶速率接近0.3毫米/小時，由此在接近平衡的條件下在熔體和生長的晶體之間保持獲得Lu3+和Si4+離子的有效偏析係數。
圖1中的液相線和固相線表明，氧化原矽酸鑥晶體可以具有以初始Lu2O3和SiO2氧化物的不同比率為特徵的組成，也就是化學品的含量在44.5-50.5摩爾％的SiO2和55.5-49.5摩爾％的Lu2O3的範圍內。然而，對於實際用途，僅部分關注指定範圍的組成，標號為1、2和3的箭頭所指的三種熔體組成體現了這一點。箭頭1是指50％Lu2O3+50％SiO2組成的初始熔體。應該指出，由該熔體生成的晶體的組成具有低於50.9摩爾％Lu2O3/49.1摩爾％SiO2＝1.037的基本組分比率。為了生成具有完全等於50摩爾％Lu2O3/50摩爾％SiO2＝1的基本組分比率組成的晶體，要求使用具有箭頭2所指組成的熔體，也就是熔體中基本組分的比率大約等於46摩爾％Lu2O3+54摩爾％SiO2＝0.852。
用於在低溫梯度條件(大直徑坩鍋)下生長高質量閃爍晶體的氧化物混合物(進料)的最佳組成是箭頭3所指的組成。在這種情況下，基本組分的偏析係數等於一單位，且熔體進料的組成與生長晶體的組成一致，進料組成與生成晶體的組成都具有以51.9％Lu2O3+48.1％SiO2＝1.079的摩爾比為特徵的基本組分含量。
因此，圖1顯示了在第一、第二、第三和第四變體的具體實施方式
中技術任務的獨特解決方法，其描述了用於通過Kyropoulos法生長特大單晶以及用於通過Czochralski法生長大單晶的閃爍體，該閃爍體採用具有51.9％(Lu2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2的摩爾比率的最佳初始氧化物組成，且熔體進料和生成晶體的組成一致並且描述為化學式CexLu2.076-xSi0.962O5.038其中x是1×10-4f.u.至0.01f.u.之間的值。
圖1顯示了對於變體#1、#2、#3和#4的物質，初始Lu2O3與SiO2氧化物的比率範圍的下限和上限值的選擇的根據。通過51.2％(Lu2O3+Ce2O3)/48.8％SiO2＝1.049的氧化物摩爾比確定晶體中某種組分相對於鑥的含量下限，這相當於閃爍體的化學式中變量y的值＝0.024。通過晶體中鑥和矽的測量的化學和物理實驗方法的精確度確定下限。這種精確度可以以獨特方式區分本發明的物質/晶體化學組成與具有50％(Lu2O3+Ce2O3)/50％SiO2組分摩爾比的已知原矽酸鑥閃爍晶體的組成。
通過54.5％(Lu2O3+Ce2O3)/45.5％SiO2＝1.198的氧化物摩爾比確定晶體中某種組分相對於鑥的含量上限，其相當於閃爍體的化學式中變量Y的值＝0.09。通過實驗法確定該界限。在進一步提高初始熔體中並隨之提高晶體中的Lu2O3含量的情況下，產生散射中心，這降低了光輸出，並因此，不能達到本發明的技術結果。在將下限和上限的組成值轉化成#1、#2、#3和#4變體的化學式單位時，通過(Lu2-x+Cex)/Si和(Lu2-x-y+Cex+Az)/Si的比率確定的化學式單位的組成範圍位於2.077至2.396的範圍內。這些值相當於由化學式CexLu2+2y-xSi1-yO5+y、CexLu2+2y-x-zAzSi1-yO5+y和LiqCexLu2+2y-x-zAzSi1-yO5+y所述的組成，其中y在0.024f.單位至0.09f.單位的範圍內變化。
應該強調氧化原矽酸鑥固溶體晶體的組成，也就是在圖1其最大熔點的最大值右側的組成。這個晶體組成區域接近圖1相當於具有49.5％Lu2O3/50.5％SiO2＝0.980的摩爾比的固溶體組成的最大SiO2溶度右側邊界，和由50％Lu2O3+50％SiO2的熔體組成確定的具有50.9％Lu2O3/49.1％SiO2＝1.037的值的晶體組成的左側邊界。
我們將測定如下組成的晶體，該組成可通過定向結晶法，由化學計量組成50％Lu2O3/50％SiO2＝1.000(圖1上的箭頭1所指)的進料而獲得的熔體生成。根據技術特性，也就是生長的熱條件、由晶體直徑決定的熔體-晶體界面上的溫度梯度，組分偏析係數可以在1和根據組成圖1依次確定的平衡值之間變化。因此，由具有50％Lu2O3/50％SiO2的化學計量組成的進料可以生長具有在下述範圍內的組成的晶體——該範圍由大於49.5％Lu2O3/50.5％SiO2＝0.980的組分比的下限和低於50.9％Lu2O3/49.1％SiO2＝1.037的組分比的上限為界。以化學式單位計，這相當於變量y大於(-0.01)±0.003f.單位，但是低於0.018±0.003f.單位的數值範圍。這一給定的晶體組成範圍沒有在已知專利中公開過。然而，這一給定範圍不是新發明的主題，因為現有技術狀況的原理覆蓋了在該給定範圍內的組成的晶體。這些晶體與已知物質相比不能保持技術性能的改進。高質量的氧化原矽酸鑥的生長要求使用同成分組成的熔體，其與由該熔體生長的晶體的組成明顯不同。由化學計量組成的熔體生成的晶體沿長度具有明顯的化學組成變化，並且沿長度和直徑都具有極大的所有物理和閃爍參數的變動，因為矽和鑥的偏析係數相差1。這些晶體用於科學研究，然而，具有類似組成的晶體的工業生產沒有意義，因為化學氧化物轉化成閃爍元件的收率很低，製造成本極高。
在
具體實施例方式
中，第一至第四(包括第一和第四)的變體中提出的閃爍體是以多晶/陶瓷和單晶形式獲得的。
在論文中描述了通過熱壓法製造陶瓷的方式，例如Gd2O(SiO4):Ce閃爍陶瓷(W.Rossner，R.Breu「Luminescence properties cerium-dopedgadolinium oxyorthosilicate ceramics scintillators」Proc.Inc.Conf.onInorganic Scintillators and Their Application，STINT』95，Netherlands，Delft University，1996，p.376-379)。在高光學質量陶瓷-閃爍劑的另一製造方式中，使用Lu-Ce-A氯化物(其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素)和SiCl4液體的水溶液作為用於進料製備的初始材料。在所述組分的混合物中，加入碳酸氫銨水溶液。然後將溶液洗滌、過濾並乾燥。將在1400℃煅燒過的氧化物混合物用溶劑和可熔摻雜劑攪拌，這有助於最終高溫退火階段中原子沿晶界的擴散。作為混合物，可以使用許多不會影響鈰Ce3+離子發光的化合物。在去除有機組分和痕量水之後，將改性的混合物在液壓機中於2000大氣壓下壓制。然後，在數小時過程中，將壓成的陶瓷棒(矩形或另一形狀)於真空中在比給定陶瓷組合物的熔點低70℃-150℃的溫度退火。為了去除色中心並改進光學質量，在最終加工階段，將燒結棒在含氧氣氛中退火。由此製造半透明陶瓷-閃爍劑和高光學質量的陶瓷。陶瓷閃爍體與單晶相比具有一些優點，即明顯更廉價的閃爍劑生產技術；錠料轉化成閃爍元件的高產品收率(無裂紋)；由於從精細表面的閃爍元件製造技術中去除了切割步驟，節省了高達20％-50％的閃爍體；鈰Ce離子在多晶體中的均勻分布；閃爍元件加工時間縮短；閃爍元件的任意所需形狀。
在
具體實施例方式
中，使用定向結晶法製造單晶形式的閃爍體。所述方法的新型之處在於，由同成分組成的進料製成熔體，由該熔體通過定向結晶法生長單晶，該組成的特徵是，對於變體#1，氧化物摩爾比為51.9％(Lu2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2，對於變體#2為51.9％(Lu2O3+A2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2，對於變體#3為51.9％(Lu2O3+Li2O+Ce2O3)/48.1％SiO2，對於變體#4為51.9％(Lu2O3+Li2O+A2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2。
對於定向結晶法，特別是對於Czochralski法，化學計量組成的稀土矽酸鹽的特定特性和生長參數列在文章中(C.D.Brandle，A.J.Valentino，G.W.Berkstresser「Czochralski growth of rare-earthorthosilicates(Ln2SiO5)，J.Crystal Growth 79(1986)，pp.308-315)。在該論文中，晶體直徑(d)與坩鍋直徑(D)的比率為d/D＝0.4，其是Czochralski法的最佳值。Czochralski法的最佳坩鍋尺寸條件為坩鍋高度(H)等於其直徑，D＝H。
低溫梯度是從直徑100毫米-180毫米的銥坩鍋中通過定向結晶法，特別是Kyropoulos法生長大晶體(直徑80毫米-150毫米)的關鍵特性，並且晶體直徑與坩鍋直徑的最佳比率d/D＝0.7-0.9。Kyropoulos法廣泛用於大塊藍寶石晶體(Al2O3)的工業生產，還用於一些鹼金屬滷化物閃爍晶體。然而，本發明的作者不知道有關於通過Kyropoulos法生長稀土矽酸鹽的文獻。在書籍中詳細描述了Kyropoulos法和Czochralski法的技術和特性(K.T.Wilke「A growing ofcrystals」Leningrad，publisherNedra，1977，600p.，是German von K.Th.Wilke「Kristallzüchtungen」，VEB Deutcher Verlag der Wissenschaften，Berlin，1973的譯本)。
通過Kyropoulos法對應於變體#1、#2、#3和#4的閃爍體的生長圖呈現在圖2和圖3中。由銥坩鍋4進行晶體生長，使用具有大橫截面的氧化原矽酸鑥做晶種5，大橫截面尺寸保持在低溫梯度條件下可靠的引發晶體生長，以及來自側部坩鍋表面的上部的強光加熱。在晶體生長過程開始時，熔體僅佔據坩鍋體積的一部分，且Hm是熔體的最佳高度。在晶體生長的起始階段，錐形物6生長，並在凸肩加工(shouldering)之後，生成直徑不變的晶體7。圖2顯示了對於100％結晶初始熔體的情況，通過Kyropoulos法進行晶體生長的流程圖。圖3顯示了當坩鍋中留有少量未使用的物質9時，對於部分(70％-90％)結晶熔體的情況，晶體生長的流程圖。坩鍋直徑(D)和高度(H)、坩鍋內熔體的初始水平(Hm)、晶體直徑(d)和晶體圓柱形部分的長度(h)的最佳值通過下列關係得出h＝H+y，其中y≈0.1D；(d/D)≈0.7÷0.9；Hm(d/D)2h。在最佳比率(d/D)≈0.8時，生成的晶體在冷卻過程中位於坩鍋內，這是在生長後的退火過程中整個晶塊體積範圍內的溫度均勻下降的重要條件。這種晶體相對於坩鍋的放置是Kyropoulos法與Czochralski法的根本區別，在Czochralski法中，生成的晶體在脫離熔體以開始退火過程之後高於坩鍋放置。Czochralski法中晶體相對於坩鍋的不同位置產生這樣的情況，即生成的晶塊的頂部與接近熱坩鍋的底部放置的晶體相比，具有明顯較低的溫度。這種狀況導致整個晶體長度範圍內氧空位的不同含量和不同的Ce3+/Ce4+離子比率，這是通過閃爍氧化原矽酸鑥晶體的Czochralski法生成的晶塊與晶塊之間的參數存在大分散性的另一原因。通過Czochralski法生成的所有晶塊在其整個晶體長度和直徑範圍內具有一些性質差異，並且與高溫梯度下的退火相結合，這導致所得閃爍元件的參數在晶塊的不同部分之間具有明顯的分散性。相反，如果晶塊位於坩鍋內，如圖2和圖3所示，就在退火過程中實現晶體的低溫度梯度。實際上，該製造方法可以在接近等溫的條件下冷卻晶體。這對於實現Kyropoulos生成的大晶體的不同部分之間光輸出的不變性而言是基本的。
在變體#2、#4、#7和#10中描述的閃爍體中，可以將鑥離子同形取代成Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb中的至少一種離子，在此可以在比本發明要求的範圍更寬的範圍內進行取代。然而，鑥離子取代範圍明顯增寬的概念上的缺陷是，晶體密度的降低，以及隨之而來的γ量子吸收效率的急劇降低，這導致光輸出的降低。此外，Eu和Tb離子降低了在光譜的藍色區域的發光強度，因為在銪取代時，再分配使得一部分能量在光譜的紅色區域發出，在鋱取代時，一部分能量在光譜的綠色區域發出。在適當選定鈰、鋱和銪離子濃度的情況下，閃爍晶體發出白光，也就是光譜的所有可見區域。具有這種發射光譜的閃爍體更有效地用於半導體檢測器，因為廉價的矽/鍺半導體檢測器在光譜藍色區域的靈敏性比光譜綠色區域以及紅色區域低二至三倍。將Lu離子取代成光惰性的Gd、Sc、Y和La離子可以控制晶格參數並在無機械應力的情況下生長晶體，從而降低生長後的退火和切割過程中晶體的裂化。此外，將昂貴的鑥部分取代成廉價的La、Gd和Y降低了閃爍體的成本。
Y(1.016)、La(1.190)、Eu(1.073)、Gd(1.061)、Tb(1.044)的離子半徑明顯高於Lu(0.72)離子半徑。在γ量子與晶格的相互作用下，形成大量的游離電子和空穴，γ量子將這些電子從此處帶走。在電子與空穴的隨後重組中，發生晶格激勵(excitation)，該能量轉移至在光譜藍色區域中放射的鈰離子。尤其是，該重組在光學中心有效，在此旁是具有非常不同半徑的原子。例如，將部分鑥離子取代成直徑明顯更大的鑭離子，這導致光輸出的急劇提高，這在證實本發明的物質實施例中會證明。為了電子-空穴重組具有最大的效果，需要小濃度的同形取代摻雜劑。在大濃度下，發生濃度猝滅，並且降低效率，這導致光輸出降低。根據上述推理和實驗數據，對於物質變體CexLu2+2y-x-zAzSi1-yO5+y和CexLiq+pLu2-p+2y-x-zAzSi1-yO5+y-p(其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素)，在1×10-4f.單位和0.05f.單位之間選擇變量z的範圍。然而，對於Y和La元素，該範圍可以明顯擴大，因為對它們而言，即使在高濃度下也能保持增大的光輸出，儘管晶體密度降低。因此，由於閃爍體CexLu2.076-x-m-nLamYnSi0.962O5.038的生長(其中變量m的值不超過0.05f.單位，且變量n的範圍在1×10-4f.單位和2f.單位之間)而獲得具體實施方式
中的技術結果。
對於具有化學式CexLiq+pLu9.33-x-p-z□0.67AzSi6O26-p和CexLi1+q+pLu9-x-p-zAzSi6O26-p的#6和#10變體的物質，相應地，變量z的範圍設定在1×10-4f.單位和8.9f.單位之間。為了保持大密度和高光輸出，如上所述優選小濃度。無論如何，上限設為8.9f.單位，在這種情況下，晶體具有低密度和相對較小的光輸出，同時初始化學品成本以及由此的晶體成本急劇降低。這種晶體可用作原子能工廠中的傳感器，對其而言重要的參數是與低成本相適應的高抗輻射性和化學抗性。類似的傳感器應該位於工廠的每個房間中以在無人情況下測量輻射水平。現有的以鹼金屬滷化物晶體為基礎的傳感器是不可靠的，因為它們不能在緊急情況下在可能的高輻射水平下運作。
對於基於矽酸鑥的閃爍體變體#3和#4，共有的區別性特徵是存在不超過0.25f.單位的鋰離子，其中q化學式單位量的鋰位於晶格的間隙位置，p化學式單位量的另一部分鋰離子位於取代鑥離子的晶格位置。由於下面幾點，實現了鋰離子嵌入該結構的間隙位置的正面效果(a)嵌入使得物質晶體結構上的變化最小化；(b)鋰離子的嵌入導致LiqCe還原相的形成，也就是在CexLiq+pLu2-p+2y-xSi1-yO5+y-p和CexLiq+pLu2-p+2y-x-zAzSi1-yO5+y-p的閃爍體中存在鋰離子有助於鈰離子穩定在Ce3+價態下，這明顯提高了光輸出；(c)鋰離子的嵌入導致傳導性改變(A.A.Veshman，K.I.Petrov，「Afunctional inorganic lithium compounds」Moscow，Energoizdat，(1996)，208p.)，這降低了物質的餘輝時間，表1。
對於物質變體#3和#4，鋰含量的p和q下限設定為等於1×10-4f.單位，因為這是可能觀察到餘輝下降的效果和光輸出提高的效果時的鋰含量極限。通過實驗測定閃爍體中鋰含量的上限，鋰離子的總含量超過0.25f.單位時，由於物質傳導性過度上升，光輸出強度急劇下降，且這種閃爍體變得不適用於其直接目的的工業用途——x-射線、γ和α輻射的記錄(registration)，表1。
所有基於#1至#4變體(包括#1和#4變體)中所要求的矽酸鹽的閃爍體是指單斜晶系，空間群B2/b。基於第五至第十變體(包括第五和第十變體)中所要求的矽酸鹽的閃爍體屬於另一結構類型，也就是具有空間群P63/m，Z＝1的磷灰石-brytolite。#6和#7變體中要求的物質具有重要的共有區別性特徵，即它們含有總量(p+q)不超過0.55f.單位的鋰離子，其中q是指嵌在間隙位置中的鋰的量，p是指取代稀土離子的鋰的量。通過實驗測定q的上限，其最多等於0.3f.單位。當嵌入的鋰的量高於所述極限時，就會破壞結構類型P63/m並形成其它相的夾雜物，這決定了光的散射並降低了閃爍晶體的透明度。通過下述事實確定等於0.25f.單位的p的上限——當位於大的九個配合位置(coordinated sites)中的稀土元素被取代時，只有將稀土原子取代成鋰時才能保持磷灰石類似結構，因為只有這些位置允許對理想對稱的變形和偏差。因此，七個配合位置，該結構中稀土離子的第二位置總是被稀土元素佔據。通過下述事實確定鋰離子p和q含量的下限——在低於5×10-4f.單位限制的量下，不能實現提高光輸出和降低閃爍餘輝的技術結果。
對於變體#9和#10，確定鋰含量的上限為1.55f.單位，因為在將第一位置的元素取代成鋰離子的大取代範圍內，磷灰石-brytolite結構保持穩定。在作為類似物的單陽離子和雙陽離子鈰矽酸鹽中都將大量的鹼性成形的(basic-forming)鈰離子取代成鑥和鈰，這樣可以降低鈰發光的猝滅效應，且新型物質獲得閃爍性能。
我們的實驗研究表明，通過Czochralski法生成的CexLiR9-xSi6O26和R9.33□0.67Si6O26(其中R＝La、Gd)晶體具有高光學質量，但是它們在密度和光輸出方面都不如氧化原矽酸鑥晶體。為了改進最重要的閃爍參數，我們已經生成了下列晶體Ce0.015LiGd2.985Lu6Si6O26、Ce0.015LiLa2.985Lu6Si6O26、Ce0.015LiGd5.985Lu3SiO6O26、Ce0.015LiLu8.985Si6O26、Ce0.015Li0.45Lu8.935Si6O26、Ce0.015Li0.12Gd2.985Lu6.33□0.67Si6O26、Ce0.015Li0.33Eu1.985Lu6.3□0.67Si6O26、Ce0.015Li0.25Gd2.985Lu6.28□0.67Si6O26、Ce0.011Li0.25Y6.989Lu2.23□0.67Si6O25.9、Ce0.011Li0.35Y3.989La0.9Lu3.33□0.67Si6O25.9、Ce0.012Li0.05La3.988Lu5.33□0.67Si6O26。以不同生長條件進行的許多實驗可以獲得僅多晶形式的這種物質。具有Ce0.015LiLu8.985Si6O26組成的多晶的測試表明，該新型閃爍體具有與已知的Ce:LSO晶體接近的密度、光輸出和衰變時間。
為了確定可以單晶形式生長的變體#6和#7的閃爍體的組成邊界，我們已經測試出具有下列初始熔體組成的物質Ce0.012Li0.1Lu5.33La3.988□0.67Si6O26、Ce0.012Li0.2Lu2.33Y6.988□0.67Si6O26、Ce0.012Li0.1Lu5.33La3.988□0.67Si6O26、Ce0.015Li0.45Lu2.115Gd7□0.67Si6O25.8、Ce0.015Li0.1Lu7.31Y2□0.67Si6O25.95、Ce0.015Li0.28Lu7.815Eu1.5□0.67Si6O26。所有這些組成均以單晶形式或半透明或白色不透明多晶錠料的形式獲得。例如，使用Ce0.015Li0.55Lu1.065La8□0.67Si6O25.75化學組成的熔體並在2.5毫米/小時的生長晶體拉晶速率下，可以由該熔體生成具有Ce0.003Li0.55Lu1.327La8□0.67Si6O26化學組成的晶體。提高拉晶速率和熔體-晶體界面的梯度，可以獲得從Ce0.003Li0.55Lu1.077La8□0.67Si6O25.75至Ce0.015Li0.55Lu1.065La8□0.67Si6O25.75的組成範圍內的新型結晶閃爍體。概括而言，該新型閃爍體(變體#6和#7)具有下列化學式CexLiq+pLu9.33-x-p-zAz□0.67Si6O26-p，其中q和p分別不超過0.3f.單位和0.25f.單位，變量z在5×10-4f.單位至8.9f.單位的範圍內變動。
為了確定可能以單晶形式按照#9和#10變體生長的閃爍體的組成邊界，測試具有下列初始熔體組成的物質Ce0.015LiLu8.985Si6O26、Ce0.015Li1.55Lu8.735Si6O25.75、Ce0.015Li1.05Lu8.985Si6O26、Ce0.015Li1.3Lu1.785La7Si6O25.8、Ce0.015Li1.4Lu6.885Y2Si6O25.9、Ce0.015Li1.2Lu2.885Gd6Si6O25.9。所有這些組合物均以單晶形式或半透明或白色不透明多晶錠料的形式獲得。例如，使用Ce0.015LiLu8.997Si6O26化學組成的熔體並在0.5毫米/小時的生長晶體拉晶速率下，可以由該熔體生成具有Ce0.003LiLu8.997Si6O26化學組成的單晶。提高拉晶速率和熔體-晶體界面的梯度，可以獲得從Ce0.003LiLu8.997Si6O26至Ce0.015Li1.55Lu8.735Si6O25.75的組成範圍內的新型結晶閃爍體。概括而言，該新型閃爍體(變體#9和#10)具有下列化學式CexLi1+q+pLu9-x-pAzSi6O26-p，其中變量q和p分別不超過0.3f.單位和0.25f.單位，變量z在5×10-4f.單位至8.9f.單位的範圍內變動。
我們使用X-射線衍射計進行粉狀CexLiq+pLu9-x-pSi6O26-p晶體樣品的X射線照片分析。分析表明CexLiq+pLu9-x-pSi6O26-p單晶以六方晶系重結晶並且可以歸類為具有空間群P63/m，Z＝1的磷灰石-brytolite結構類型。Ce0.003LiLu8.997Si6O26晶體的分度(indexing)X-射線衍射圖呈現在圖4中。考慮所有35個都是在15°至60°範圍內以2θ反射角從平面上反射，我們計算出晶胞參數等於a＝11.66且c＝21.58。
按照靜流稱重的標準程序進行晶體密度的測量，該方法在地質學領域已使用了十餘年。在這些實驗中，我們使用了大約8-15克重的整體拋光樣品。在預沸20分鐘以去除氧並冷卻至室溫的蒸餾水中進行測量。水溫的測量精確至0.1℃。為了得到最小誤差，將每一樣品稱重五次，在這種情況下，晶體樣品密度的測量誤差不超過0.001克/立方釐米。測量結果列在表1中。
使用如文章(E.G.Devitsin，V.A.Kozlov，S.Yu.Potashov，A.I.Zagumennyi，Yu.D.Zavartsev「Luminescent properties of Lu3Al5O12crystal doped with Ce」Proceeding of Internation Conferences「Inorganicscintillators and their applications」(SCINT 95)，Delft，the Netherlands，1995年8月20日至9月1日)中描述的放射性核素60Co的發射，進行在光譜的410-450納米範圍內的閃爍衰變時間和光輸出對晶體化學組成的依存關係的實驗研究。測量結果列在表1中。
使用8-15克重的拋光樣品進行發光強度和餘輝時間的測量。參照樣品的強度和餘輝在受到γ輻射和紫外線(UV)輻射後相同，就系統測量而言，使用UV-激發裝置。在60分鐘曝光期間，用標準12W紫外線燈激發樣品發光，在關閉紫外線燈後，用連有與電腦相連的示波器Tektronix TDS 3052或萬用表Agilent 34401A的光電倍增管FEU-100或光電檢測器FD-24K在120分鐘內記錄螢光減低。具有強餘輝效應的樣品強度變化的特徵是具有大約25-35分鐘的時間常數的指數依賴性，這些樣品在超過180分鐘的時間內保持強螢光。具有低餘輝效應的樣品的特徵是具有大約數十秒的時間常數的依賴性。對於一些樣品，在關燈後沒有觀察到餘輝效應。對於不同樣品，餘輝效應測量的結果列在表1中。


圖1顯示了Lu2O3-SiO2體系的相圖片斷。
圖2顯示了對於通過Kyropoulos法進行晶體生長的情況，晶體與坩鍋的最佳尺寸示意圖。
圖3顯示了對於部分結晶熔體的情況，通過Kyropoulos法進行晶體生長的流程圖。
圖4顯示了Ce0.003Li1.08Lu8.947Si6O25.95晶體的X-射線粉末衍射圖。
表1顯示了合成的閃爍體的試驗結果。對比不同化合物的光輸出、閃爍衰變時間、餘輝時間、密度、原子數(Zeff)的值。光輸出值表示成相對於「參照」Ce0.0024Lu1.998SiO5樣品的光輸出的單位。
在本發明實現過程中製造和檢查的所有晶體都是從銥坩鍋中生成的，使用99.99％和99.999％的超純化學品作為源試劑。
具體實施方式
實施例1.已知的Lu/Si＝2的「參照」Ce:Lu2SiO5晶體的生長，以及具有(Lu+Ce)/Si＝2.061(y＝0.015)的化學式單位比率的晶體的生長，其超出本發明的變體1的組成範圍。
由於在不同刊物中公開的晶體參數之間具有很大的數據分布，市售Ce:Lu2SiO5晶體的參數可以被接受作為最可靠的數據。具有等於0.12at％(或大約0.002f.單位)的鈰離子濃度的LSO晶體顯示出較高的光輸出，參照晶體的化學式為Ce0.002Lu1.998SiO5。考慮到熔體與生長晶體之間的鈰離子偏析係數等於大約k＝0.2，需要在坩鍋中加入具有大約0.6at％(或化學式單位0.012f.單位)的鈰濃度的原材料。應該考慮定向結晶法(Czochralski法、Stepanov’s法、Bridgman法或任何其它定向結晶法)的特性來計算Lu2O3與SiO2氧化物的比率。我們已經在低溫梯度條件(實驗#1)和高溫梯度條件(實驗#2和#3)下通過Czochralski法生長「參照」Ce:Lu2SiO5晶體。
實驗#1(非平衡條件，50％(Lu2O3+Ce2O3)/50％SiO2的進料組成)。在直徑40毫米的銥坩鍋中、在弱熱絕緣下、在保護性氬氣氛(100體積％的氬氣)中、以3.5毫米/小時的拉晶速率、15r.p.m.的轉速進行晶體生長。熔體的初始進料具有化學式Ce0.012Lu1.998SiO5所述的組成。在這些條件下，生成直徑大約16毫米且長54毫米的晶體，晶塊頂部無色並不含細微的散射夾雜物(scattering inclusion)，但是晶塊底部有裂紋。使用市售Cameca Camebax SX-50分光計通過電子顯微探針分析測定晶體中的鈰、鑥和矽離子含量。晶體的頂部圓錐部分的組成以化學式Ce0.002Lu1.998SiO5為特徵，其(Lu+Ce)/Si的比率完全等於2，這在遠離平衡的結晶條件是可能的。然而，在晶體底部，(Lu+Ce)/Si的比率變得低於2。對於「參照」樣品的製造，使用該晶塊的錐形部分的頂部。「參照」樣品的參數列在表1中。
實驗#2(平衡條件，50％(Lu2O3+Ce2O3)/50％SiO2的進料組成)。在直徑40毫米的銥坩鍋中、在良好的熱絕緣條件下、在保護性氬氣氛(99.5體積％的氬氣和0.5體積％的氧氣)中、以2毫米/小時的拉晶速率、15r.p.m.的轉速進行晶體生長。熔體的初始進料具有化學式Ce0.012Lu1.998SiO5所述的組成。在這些生長條件下，生成直徑大約18毫米且長45毫米的晶體，晶體不含細微的散射夾雜物並且無色。使用市售分光計通過電子顯微探針分析測定晶體中的鈰、鑥和矽離子含量。晶體的頂部圓錐部分的組成以化學式Ce0.003Lu2.027Si0.985O5.015為特徵，其(Lu+Ce)/Si的比率＝2.061。鈰離子的濃度朝晶體底部遞增，且(Lu+Ce)/Si的比率變得低於2.061。明顯地，這種晶體不能用作「參照」樣品，因為其組成與已知Lu2-xCexSiO5晶體的組成不同。
實驗#3(進料組成是46％(Lu2O3+Ce2O3)/54％SiO2)。在直徑40毫米的銥坩鍋中、在良好的熱絕緣條件下、在保護性氣氛(99.5體積％的氬氣和0.5體積％的氧氣)中、以2毫米/小時的拉晶速率、15圈/分鐘(r.p.m.)的轉速進行晶體生長。按照圖1的箭頭2所指的組成，需要使用46％(Lu2O3+Ce2O3)/54％SiO2的原始進料組成，其相當於具有Ce0.012Lu1.828Si1.080O4.920化學組成的熔體。在這些條件下，生成長52毫米直徑16毫米的晶體。晶體無色，但是包含細微的散射夾雜物，其量從晶塊頂部向底部遞增。使用市售分光計通過電子顯微探針分析測定晶體頂部的鈰、鑥和矽離子含量。晶體的組成在Ce0.0022Lu1.997Si1.0O5(晶塊頂部)和Ce0.0028Lu1.968Si1.010O4.98(晶塊底部)之間的組成範圍內。
在實驗#1和#3中製成的一對樣品的閃爍參數的比較表明，它們在γ激發下具有大致相等的光輸出，並且兩個樣品都表現出大致相同的衰變時間τ＝43納秒。
實施例2.以特定實施方式驗證本發明——閃爍體的製造方法。為了按照變體#1、#2、#3和#4通過Kyropoulos法生長大單晶，選擇具有以51.9％(Ce2O3+Lu2O3+A2O3+Li2O)/48.1％SiO2的氧化物摩爾比為特徵的進料組成的最佳閃爍體。在這種氧化物比率下，熔體和晶體的組成以化學式CexLiq+pLu2.076-p-x-zAzSi0.962O5.038-p為特徵，其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.單位至0.02f.單位之間的值，z是不超過0.05f.單位的值，q+p是不超過0.025f.單位的值。
使用配有生長晶體稱重系統的計算機控制裝置，從內徑96毫米高約112毫米的銥坩鍋中進行直徑78毫米的晶體的生長。在最佳熱絕緣坩鍋中裝入混合化學試劑，在流動的保護性氮氣氛(99.7體積％的氮與0.3體積％的氧)中進行晶體生長。坩鍋初始進料的重量為4400克。初始進料具有化學組成CexLu2.076-xSi0.962O5.038，其特徵為51.9％(Lu2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2的氧化物摩爾比。使用12×12平方毫米橫截面的單晶棒作為晶種。在不同的工藝階段將晶塊的拉晶速率從1毫米/小時變成8毫米/小時。沿著5毫米至25毫米的晶體長度實現從晶種粒度至大約75-78毫米直徑的晶體凸肩(shouldering)，此後以75-78毫米的恆定圓柱直徑生成晶塊。當晶塊重量達到進料的大約90％的預期值(結晶熔體分數為90％)時，通過提高拉晶速率完成生長。通過稱重系統確定使晶體脫離熔體的時刻。在30小時內將晶體退火和冷卻至室溫。在這些條件下生長的晶體具有3910克的重量和12.5釐米的長度。由於該技術，消除了坩鍋膨脹的影響。如果殘餘熔體的量佔據坩鍋體積的20％以上，在熔體冷卻時會產生銥坩鍋的增大/膨脹。坩鍋的增大和膨脹急劇降低了非常昂貴的銥坩鍋的使用壽命，因此，晶塊的製造成本提高。
使用所得晶塊測量在將晶塊切片、鋸切成薄元件、篩選和去除碎片、斷裂元件和具有小裂紋的元件之後的結晶材料損耗百分比。第二種損耗取決於金剛石鋸的厚度，然而，考慮到鋸的厚度，這些損耗都容易計算，因此它們不在給定實施例中考慮。
通過內刀刃厚度為0.6毫米的金剛石鋸將晶塊鋸成70毫米直徑和11毫米長的塊。在該階段後獲得9塊沒有裂紋和碎片的厚塊。在該製造階段，損耗為0％。在第二階段過程中，將這些塊以垂直方向切成1毫米厚的小片，使用內刀刃厚度為0.2毫米的金剛石鋸。裂化造成的損耗為大約1％。在下一階段，將這些小片膠合在一起並切成大小為1×1×11立方毫米的杆狀物。裂化造成的損耗達到大約3％。在最終階段，將杆狀物膠合成塊(block)，每塊含有大約30×30的杆狀物，從閃爍元件的一個表面或兩個表面將這些塊機械拋光。在該加工過程中，損耗不超過0.1％。因此，裂化造成的總損耗達到大約4％。
為了比較，使用100毫米直徑和100毫米高的坩鍋通過Czochralski法生長50毫米直徑和105毫米長的已知Ce:Lu2SiO5晶體，該晶體由具有以化學式Ce0.012Lu1.998SiO5為特徵的初始組成的熔體生長。在將晶塊切成50毫米直徑和11毫米長的塊後，在總共8厚塊中的3厚塊上觀察裂紋。在具有一個機械拋光表面的大小為1×1×11立方毫米的杆狀物製造過程中，裂化和碎片造成的結晶材料損耗一共達到大約32％。
使用相同的技術方案生長和切割具有下列組成和不同鈰含量的晶體CexLi0.08Lu2.026-xSi0.962O5.008-p、CexLi0.02Lu2.072-xSi0.962O5.034、CexLu2.066-x-zLa0.01Si0.962O5.038、CexLu2.036-xY0.04Si0.962O5.038、CexLi0.2Lu2.006-xGd0.04Si0.962O5.018、CexLi0.15Lu2.071-x-zTbzSi0.962O4.988，x是1×10-4f.單位至0.02f.單位之間的值。
本發明中提供的熔體的化學組成和通過Kyropoulas法進行的晶體生長使結晶閃爍材料在大晶塊切割階段的損耗急劇降低。
實施例3.基於鑭和鑥氧化原矽酸鹽、以閃爍陶瓷形式製造閃爍體的方法，其不同之處在於使用Lu、La、Ce和SiCl4液體的氯化物水溶液混合物作為用於製備進料(該進料具有以51.9％(Lu2O3+La2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2的氧化物摩爾比為特徵的組成)的原材料。在所述混合物中加入碳酸銨水溶液。然後將該混合物過濾、瀝乾並乾燥。在1400℃煅燒後，將所得氧化物混合物添加溶劑和低熔點雜質一起攪拌，這有助於原子在最終的高溫退火過程中擴散穿過晶界。可以使用許多化合物作為低熔點雜質，它們不會影響Ce3+離子的發射。我們的研究表明，Li、Na、K、Cs、Be、B、F、Al、S、Cl、Zn、Sc、Ga、Ge、Se、Br、I、Sn和In離子的小添加劑不會導致閃爍陶瓷光輸出的降低。Mg、P、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、As、Sr、Zr、Nb、Mo、Cd、Sb、Ba、Hf、Ta、W、Pb、Bi離子的燒結助劑降低或完全抑制了Ce3+離子發射。鋰化合物的燒結助劑，例如LiCl、Li2GeF6、Li2GeO3、Li3BO3有助於具有良好光學質量的閃爍陶瓷的製造。去除痕量水和有機組分後，兩種陶瓷合成方法是可行的。
第一種方法。將氧化物材料與Li2GeO3、Li3BO3的添加劑一起加入軟鉑器皿中，然後將該器皿在真空中用泵抽吸，並使用氣焊槍焊接該孔。在該器皿中合成陶瓷，將其置於在1000大氣壓下的1300℃的塊狀壓機(massive press-form)下達2小時。
第二種方法。在2000大氣壓下壓制氧化物材料與Li2GeO3、Li3BO3的添加劑。然後，在數小時內，將壓成的丸粒(正方形或其它形狀)在真空下在大約1700-1840℃的溫度下退火。為了消除紫色中心並改進光學質量，在最終階段中，將這些丸粒在空氣中在大約1300℃的溫度下退火24小時。由於這些作用，獲得在所有表面都被薄的白色表層覆蓋的閃爍陶瓷。該技術製成的元件可用於X-射線計算機斷層照相系統。
實施例4.基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLu2+2y-x-zAzSi1-yO5+y，其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb、Ca的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
使用純度為99.995％的氧化物(Lu2O3、Tb2O3、CeO2、SiO2)通過Czochralski法生長組成為Ce0.002Lu2.044Tb0.03Si0.962O5.038的鑥-鋱-鈰原矽酸鹽。從含有以51.9％(Ce2O3+Lu2O3+Tb2O3)/48.1％SiO2氧化物摩爾比為特徵的熔體、直徑54毫米且高54毫米的銥坩鍋中進行晶體生長。拉晶速率為2毫米/小時，轉速為15r.p.m。在保護性氬氣氛(99.5體積％的氬氣和0.5體積％的氧氣)中進行結晶。長55毫米且直徑26毫米的晶體具有高結晶質量，並不含細微的散射夾雜物。使用該晶體的拋光樣品測量表1中所列的參數。
從含有以51.9％(Ce2O3+Lu2O3+La2O3)/48.1％SiO2氧化物摩爾比為特徵的熔體、直徑38毫米且高38毫米的銥坩鍋中，通過Czochralski技術進行組成為Lu2.1La0.02Ce0.0015Si0.94O5.06的鑥-鑭-鈰原矽酸鹽的生長。拉晶速率為3毫米/小時，轉速為10r.p.m。在保護性氬氣氛(99.5體積％的氬氣和0.5體積％的氧氣)中進行結晶。直徑17毫米且長20毫米的晶體具有高光學質量，並不含細微的散射夾雜物。使用該晶體的拋光樣品測量表1中所列的參數。使用類似的生長條件製造許多樣品，它們的參數列在表1中。
實施例5.在本發明的變體#2的特定實施方式中，本發明確認了具有化學式CexLu2.076-x-m-nLamYnSi0.962O5.038的單晶形式的閃爍體，其中x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，m是不超過0.05f.u.的值，n是1×10-4f.u.至2.0f.u.之間的值。
從直徑38毫米且高38毫米的銥坩鍋中通過Czochralski技術進行化學組成為Ce0.002Lu1.324Y0.7La0.05Si0.962O5.038的鑥-釔-鑭-鈰原矽酸鹽的生長，拉晶速率為3毫米/小時，轉速為15r.p.m。在保護性氬氣氛(99.5體積％的氬氣和0.5體積％的氧氣)中，由以氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+Y2O3+Ce2O3+La2O3)/48.1％SiO2為特徵的熔體進行結晶。直徑16毫米且長60毫米的晶體無色並在生長過程中沒有裂紋，然而在24小時冷卻階段在晶塊中部出現裂紋。晶體頂部不含細微的散射夾雜物，但是在晶塊底部有大量散射夾雜物。在γ激發下，來自晶體頂部的樣品表現出比實施例1中所述的「參照」Ce:Lu2SiO5晶體的光輸出高大約1.3倍的光輸出。
實施例6.按照本發明的變體#3和#4的含鋰(Li)離子的閃爍體，其具有化學式CexLiq+pLu2-p+2y-x-zAzSi1-yO5+y-p所示的組成，其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.單位至0.02f.單位之間的值，y是0.024f.單位至0.09f.單位之間的值，q是1×10-4f.單位至0.2f.單位之間的值，p是1×10-4f.單位至0.05f.單位之間的值，z是不超過0.05f.單位的值。
為了獲得Ce0.003Li0.005Lu2.049La0.02Si0.962O5.038晶體，使用下列製造樣品的方法將氧化鑥、二氧化矽和碳酸鋰(其量通過氧化物的摩爾關係51.9％(Lu2O3+Li2O+Ce2O3+A2O3)/48.1％SiO2而確定)的初始化學品充分混合，壓成丸粒並在1250℃下在鉑坩鍋中合成10小時。然後通過感應加熱，將丸粒在氣密室中的銥坩鍋中在保護性氮氣氛(99.7體積％的氮氣和0.3體積％的氧氣)中熔融。在晶體生長之前在該熔體中添加氧化鈰。通過Kyropoulas法從直徑76毫米且高78毫米的銥坩鍋中生長60毫米直徑且圓柱部分45毫米長的晶體。初始熔體的體積等於290立方釐米。在生長的不同階段，晶塊的拉晶速率從1毫米/小時到8毫米/小時變化，轉速為10r.p.m.。當晶塊已經生成時，使其脫離熔體，並在30小時內冷卻至室溫。使用該晶塊的拋光樣品測量表1所列的參數。
從直徑36毫米且高38毫米的銥坩鍋中以2.7毫米/小時的拉晶速率和14r.p.m.的轉速，通過Czochralski技術進行以化學組成為CexLi0.08Lu2.026-xSi0.962O5.008-p的含鋰的鑥-鈰原矽酸鹽為基礎的閃爍體的生長。在保護性氬氣氛(99.7體積％的氬氣和0.3體積％的氧氣)中，由通過氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+Ce2O3+Li2O)/48.1％SiO2確定的組成的熔體進行結晶。直徑19毫米且長60毫米的晶體無色並在生長過程和22小時的冷卻階段中沒有產生裂化。與頂部一樣，除了大約0.5-0.7毫米厚的體積的邊緣部分外，晶體底部不含細微的散射夾雜物。在γ激發下，來自晶體頂部的樣品表現出與實施例1中所述的「參照」Ce:Lu2SiO5晶體的光輸出大致相同的光輸出。使用相同的技術方案生長和切割具有下列組成和不同鈰含量的晶體CexLi0.02Lu2.072-xSi0.962O5.034、CexLu2.036-xY0.04Si0.962O5.038、CexLi0.2Lu2.006-xGd0.04Si0.962O5.018、CexLi0.15Lu2.071-x-zTbzSi0.962O4.988，x是1×10-4f.單位至0.02f.單位之間的值。
實施例7.以含有陽離子空位並具有化學式CexLu9.33-x□0.67Si6O26所示的組成的鑥-鈰矽酸鹽為基礎的、按照變體#5的閃爍體，其中x是1×10-4f.單位至0.1f.單位之間的值。
從內徑37毫米且高40毫米的銥坩鍋中，以2.7毫米/小時的拉晶速率和14r.p.m.的轉速，通過Czochralski技術進行以化學組成為Ce0.002Lu9.328□0.67Si6O26的單陽離子鑥-鈰矽酸鹽為基礎的閃爍體的生長。在保護性氬氣氛(99.7體積％的氬氣和0.3體積％的氧氣)中由化學計量組成的熔體進行結晶。直徑22毫米且長58毫米的晶體無色，並在生長過程和12小時的冷卻階段中沒有產生裂化。晶體的總體積中含有一些細微的散射夾雜物，夾雜物密度向晶塊底部增加。按照實施例1所述的技術製造閃爍樣品。
使用相同的技術方案生長和切割具有下列組成的晶體Ce0.04Lu9.29□0.67Si6O26、Ce0.1Lu9.23□0.67Si6O26。必須指出，鈰離子濃度的提高降低了散射夾雜物的量。
實施例8.以含有鋰和陽離子空位並具有化學式CexLiq+pLu9.33-x-p□0.67Si6O26-p所示組成的鑥-鈰矽酸鹽為基礎的、按照變體#5的閃爍體，其中x是1×10-4f.單位至0.1f.單位之間的值，q是1×10-4f.單位至0.3f.單位之間的值，p是1×10-4f.單位至0.25f.單位之間的值。
從直徑37毫米且高40毫米的銥坩鍋中，以2.7毫米/小時的拉晶速率和12r.p.m.的轉速，通過Czochralski技術進行以含有鋰和陽離子空位並具有化學式CexLiq+pLu9.33-x-p□0.67Si6O26-p所示組成的單陽離子鑥-鈰矽酸鹽為基礎的閃爍體的生長。在保護性氮氣氛(99.7體積％的氮氣和0.3體積％的氧氣)中由化學計量組成的熔體進行結晶。直徑22毫米且長52毫米的晶體無色，並在生長過程和12小時的冷卻階段中沒有產生裂化。晶體的總體積中含有一些細微的散射夾雜物。按照實施例1所述的技術製造閃爍樣品。
使用相同的技術方案生長和切割具有下列組成的晶體Ce0.001Li0.12Lu9.279□0.67Si6O25.95、Ce0.05Li0.4Lu9.08□0.67Si6O25.8。
實施例9.以含有鋰和陽離子空位並具有化學式CexLiq+pLu9.33-x-p-z□0.67AzSi6O26-p所示組成的鑥-鈰矽酸鹽為基礎的、按照變體#7的閃爍體，其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.單位至0.1f.單位之間的值，q是1×10-4f.單位至0.3f.單位之間的值，p是1×10-4f.單位至0.25f.單位之間的值，z是5×10-4f.單位至8.9f.單位之間的值。
從直徑37毫米且高40毫米的銥坩鍋中，以2.7毫米/小時的拉晶速率和12r.p.m.的轉速，通過Czochralski技術進行以含有鋰和陽離子空位並具有化學式Ce0.002Li0.2Lu7.228-p□0.67La2Si6O25.9所示組成的單陽離子鑥-鈰矽酸鹽為基礎的閃爍體的生長。在保護性氮氣氛(99.8體積％的氮氣和0.2體積％的氧氣)中由化學計量組成的熔體進行結晶。直徑22毫米且長52毫米的晶體無色，並在生長過程和12小時的冷卻階段中沒有產生裂化。晶體的總體積中含有一些細微的散射夾雜物。按照實施例1所述的技術製造閃爍樣品。
使用相同的技術方案生長和切割具有下列組成的晶體Ce0.002Li0.2Lu1.228-p□0.67Y8Si6O25.9、Ce0.001Li0.1Lu8.324□0.67YSi6O25.995、Ce0.001Li0.15Lu4.279□0.67Gd5Si6O25.95、Ce0.001Li0.35Lu9.109□0.67Tb0.2Si6O25.8、Ce0.002Li0.1Lu0.423□0.67La8.9Si6O25.95。
實施例10.以含有不低於1.0f.單位的鋰並具有化學式CexLi1+q+pLu9-x-pSi6O26-p所示組成的鑥-鈰矽酸鹽為基礎的、按照變體#8和#9的閃爍體，其中x是1×10-4f.單位至0.1f.單位之間的值，q是不超過0.3f.單位的值，p是不超過0.25f.單位的值。
給定閃爍體的一個重要的區別性技術標誌是它們的熔點，其略高於1700℃，這比在氧化原矽酸鑥的結構類型中結晶的晶體低300℃以上。對於通過Czochralski技術生長的晶體，低熔點是一個必要的優點，因為在這種情況下，銥坩鍋操作的時間增加幾十倍。如果通過Stepanov’s法進行晶體生長，長時間使用更為重要。使用Stepanov’s法就有可能同時生長几種閃爍晶體，例如尺寸為2×2×100立方毫米或尺寸為1×1×50立方毫米。可以去除將大晶塊切成薄杆狀物的昂貴階段。在可能造成單晶材料20％-50％損耗的切割過程中，這明顯提高了用於醫療微-正電子-發射計算機X射線斷層照相術(微PET)的閃爍元件的製造成本。
在由熔體生長異型晶體(profiled crystal)的過程中，通過熔體柱形式測定晶體橫截面。對於熔體成型使用不同的物理作用。通過銥成形機進行正方橫截面的熔體柱的成形。在書籍中描述了成形機的設計和最佳生長條件的計算方法(P.I.Antonov，L.M.Zatulovski，A.S.Kostygov and others「An obtaining of profiled single crystals and productsby Stepanov’s method」，L.「Nauka」，1981，280頁)。
從具有2×2平方毫米的外緣橫截面(其決定了拉晶的橫截面)的配有銥成形機的銥坩鍋中，通過Stepanov’s法進行異型晶體的生長。為了獲得以六方結構類型結晶的Ce0.045Li1.300Lu8.905Si6O25.995晶體，使用具有化學式Ce0.045Li1.300Lu8.905Si6O25.995的化學計量組成的進料。使用下列方法進行裝料製備。將碳酸鋰、氧化鑥和二氧化矽的源試劑充分混合併在1300℃在鉑坩鍋中部分合成10小時。然後，通過感應加熱，將粉末在銥坩鍋中在流動保護性氮氣氛(99.7體積％的氮氣和0.3體積％的氧氣)中熔融。在晶體生長之前在該熔體中添加氧化鈰。使成形機同時形成一個至九個異型晶體。在通過Czochralski技術獲得的晶體上進行引晶。沿六階的軸的結晶學方向切割晶種。在不旋轉的情況下以3-20毫米/小時的速度將異型晶體從熔體中拉出。在晶體達到50毫米的長度時，通過急劇提高拉晶速度，使晶體脫離成形機，並在30分鐘後，將它們從裝置上取出。
將異型晶體棒切成大小2×2×10立方毫米的閃爍元件。使用Ce0.045Li1.300Lu8.905Si6O25.995晶體的拋光樣品測量表1所列的參數。
使用相同的技術方案生長和切割具有下列組成的晶體Ce0.001LiLu8.998Si6O26、Ce0.04LiLu8.96Si6O26、Ce0.1LiLu8.9Si6O26、Ce0.002Li1.45Lu8.798-pSi6O25.8、Ce0.0015Li1.3Lu8.8985-pSi6O25.9。
實施例11.以下述矽酸鹽為基礎的按照變體#10的閃爍體，該矽酸鹽含有鑥(Lu)和鈰(Ce)，且特徵在於其含有超過1.0f.單位的鋰且其組成表示為化學式CexLi1+q+pLu9-x-p-zAzSi6O26-p，其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.單位至0.1f.單位之間的值，q是1×10-4f.單位至0.3f.單位之間的值，p是1×10-4f.單位至0.25f.單位之間的值，z是5×10-4f.u.至8.9f.u.之間的值。
為了獲得以六方晶繫結晶的組成為Ce0.045Li1.1Lu0.08La0.02Y8.755Si6O26的閃爍體，使用具有化學式Ce0.045Li1.1Lu0.08La0.02Y8.755Si6O26的化學計量組成的進料。在保護性氣氛(99.5體積％的氮氣和0.5體積％的氧氣)中，從直徑40毫米的銥坩鍋中進行晶體生長，拉晶速率為5毫米/小時和10毫米/小時，且轉速為11r.p.m。在這些生長條件下，生成大約35毫米長和18毫米直徑的晶體，該晶塊具有白色-黃色，並且即使在10毫米/小時的拉晶速率下也不含細微的散射夾雜物。在γ激發下，該晶體的拋光樣品表現出比「參照」Ce:Lu2SiO5晶體(在實施例1中描述了其製造技術)的光輸出低大約10倍的光輸出。據此將具有化學式CexLi1+q+pLu9-x-p-zAzSi6O26-p的變體#10的物質中鑥離子被其它元素取代的上限設定為z＝8.9f.單位的值。在這種情況下，晶體具有明顯更低的密度和光輸出，然而，進料試劑的成本，以及因此閃爍晶體的製造成本明顯降低。這些晶體可用於傳感器，對於傳感器，更重要的參數是低成本和閃爍劑對外部暴露(例如可能破壞例如γ劑量計的高溫、大溼度、非常高的輻射程度)的高抵抗性。
使用相同的技術方案生長具有下列組成的晶體Ce0.001Li1.2Lu3.898Gd5.1Si6O26、Ce0.04Li1.2Lu8.66Eu0.2Si6O25.9、Ce0.1Li1.2Lu7.9Sc0.8Si6O25.8、Ce0.002Li1.45Lu6.298Y2.5Si6O25.8、Ce0.0015Li1.3Lu8.3985La0.5Si6O25.9。
儘管前述描述代表了本發明的優選實施方式，但要理解的是，可以在不背離本發明的精神和範圍的情況下對其進行各種添加和/或取代。本領域技術人員會意識到可以在不背離本發明原則的情況下，對結構、形態、配置、比例、材料、和組分、以及本發明實踐中使用並特別適應特定環境和操作要求的其它方面進行許多修改以使用本發明。因此，本文公開的實施方式在各個方面都被視為示例性而非限制性的。
表1.具有不同組成的閃爍體的閃爍特性比較

權利要求
1.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於該物質的組成表示為化學式CexLu2+2y-xSi1-yO5+yx是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值。
2.按照權利要求1所述的閃爍體，其特徵在於單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLu2.076-xSi0.962O5.038x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值。
3.一種製造按照權利要求1所述的閃爍材料的方法，其特徵在於，通過進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成而製成熔體，由該熔體通過定向結晶法生長單晶。
4.一種製造按照權利要求1所述的閃爍材料的方法，其特徵在於，通過進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成而製成熔體，由該熔體通過Czochralski法生長單晶。
5.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLu2+2y-x-zAzSi1-yO5+y其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb、Ca的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
6.按照權利要求5所述的閃爍體，其特徵在於單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLu2.076-x-zAzSi0.962O5.038其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb、Ca的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
7.按照權利要求5所述的閃爍體，其特徵在於單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLu2.076-x-m-nLamYnSi0.962O5.038x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，m是不超過0.05f.u.的值，n是1×10-4f.u.至2.0f.u.之間的值。
8.一種製造按照權利要求5所述的閃爍材料的方法，其特徵在於，通過進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+A2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成而製成熔體，其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，由該熔體通過定向結晶法生長單晶。
9.一種製造按照權利要求5所述的閃爍材料的方法，其特徵在於，通過進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+A2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成而製成熔體，其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，由該熔體通過Kyropoulos法生長超大單晶。
10.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於含有不超過0.25f.u.的鋰Li，並且其組成表示為化學式CexLiq+pLu2-p+2y-xSi1-yO5+y-px是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.2f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
11.按照權利要求10所述的閃爍體，其特徵在於含有不超過0.25f.u.的鋰Li的單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLiq+pLu2.076-p-xSi0.962O5.038-px是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.2f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
12.一種製造按照權利要求10所述的閃爍材料的方法，其特徵在於，通過進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+Li2O+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成而製成熔體，由該熔體通過定向結晶法生長單晶。
13.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於含有不超過0.25f.u.的鋰Li，並且其組成表示為化學式CexLiq+pLu2-p+2y-x-zAzSi1-yO5+y-p其中A是至少一個選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，y是0.024f.u.至0.09f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.2f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
14.按照權利要求13所述的閃爍體，其特徵在於含有不超過0.25f.u.的鋰Li的單晶形式的該物質的組成表示為化學式CexLiq+pLu2.076-p-x-zAzSi0.962O5.038-p其中A是至少一個選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.u.至0.02f.u.之間的值，z是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.2f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.05f.u.之間的值。
15.一種製造按照權利要求13所述的閃爍材料的方法，其特徵在於，通過進料由氧化物摩爾比51.9％(Lu2O3+Li2O+A2O3+Ce2O3)/48.1％SiO2確定的組成而製成熔體，由該熔體通過定向結晶法生長單晶。
16.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於該物質的組成表示為化學式CexLu9.33-x□0.67Si6O26x是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值。
17.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於含有鋰Li，且其組成表示為化學式CexLiq+pLu9.33-x-p□0.67Si6O26-px是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.3f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.25f.u.之間的值
18.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於含有鋰Li，且其組成表示為化學式CexLiq+pLu9.33-x-p-z□0.67AzSi6O26-p其中A是至少一個選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.3f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.25f.u.之間的值，z是5×10-4f.u.至8.9f.u.之間的值。
19.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於含有鋰Li，且其組成表示為化學式CexLiLu9-xSi6O26x是1×10-4f.u.至0.1fu.之間的值。
20.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於含有超過1.0f.u.的鋰Li，且其組成表示為化學式CexLi1+q+pLu9-x-pSi6O26-px是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.3f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.25f.u.之間的值。
21.一種基於含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽的閃爍體，其特徵在於含有超過1.0f.u.的鋰Li，且其組成表示為化學式CexLi1+q+pLu9-x-p-zAzSi6O26-p其中A是至少一種選自Gd、Sc、Y、La、Eu、Tb的元素，x是1×10-4f.u.至0.1f.u.之間的值，q是1×10-4f.u.至0.3f.u.之間的值，p是1×10-4f.u.至0.25f.u.之間的值，z是5×10-4f.u.至8.9f.u.之間的值。
全文摘要
本發明涉及閃爍體，且它們可用於核物理、醫藥和石油工業以進行X－射線、γ－射線和α－射線的記錄和測量、固態結構的非破壞性測試、三維正電子發射斷層照相術和X射線計算機斷層照相術和螢光照相術。以包含鑥(Lu)和鈰(Ce)的矽酸鹽為基礎的閃爍體的特徵在於，該物質的組成表示為化學式Ce
文檔編號C30B28/06GK1902341SQ200480039681
公開日2007年1月24日 申請日期2004年3月12日 優先權日2003年11月4日
發明者A·I·扎古苗內, Y·D·扎瓦爾採夫, S·A·庫託沃伊 申請人:澤科泰克醫療系統公司