[发明专利]一种掺铈氯溴化镧闪烁晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺铈氯溴化镧闪烁晶体的制备方法，该闪烁晶体的化学组成为Ce_xLa_1-xCl_yBr_3-y，其中0＜x＜1，0＜y＜3，具体涉及到起始原料的预处理和坩埚下降法晶体生长，属于材料制备领域。

背景技术

闪烁晶体能够分辨高能射线，在医疗诊断(X-CT，PET，SPECT等)、安全检查(集装箱检查，行包检查等)、油井勘探(油井探测探头)等核辐射探测领域有广泛的应用。

理想的闪烁晶体应该具有高密度、高光输出、快衰减、物化性能稳定等特点，但是很难有一种闪烁晶体能够同时满足这些特点。1948年由Robert Hofstadter发现的NaI:Tl(掺铊碘化钠)晶体是闪烁晶体领域一个大的突破，该晶体有非常高的光输出，直到现在仍占据着闪烁晶体的大量市场份额。但NaI:Tl晶体发光衰减慢，易潮解和氧化，抗辐照能力差，而且该晶体赖以发光的掺杂剂Tl(铊)毒性很大。NaI:Tl闪烁晶体的发现，同时还推动了碱卤化合物系列闪烁晶体的发展，如CsI:Tl(掺铊碘化铯)晶体、CsI:Na(掺钠碘化铯)晶体等等。这些碱卤化合物系列晶体具有与NaI:Tl闪烁晶体类似的优缺点。上世纪90年代发现的Lu₂SiO₅:Ce(掺铈硅酸镥)晶体是闪烁晶体领域又一个重要的发现，该晶体的发光衰减快，抗辐照能力强，在PET(正电子发射断层扫描)医疗机上已得到大量使用，但该晶体用贵金属镥为原料，而且熔点高(＞2000℃)造成生产耗能大，因此价格非常昂贵，而且发光离子在基质中的分布不均会降低其能量分辨能力，另外Lu有放射性同位素，会产生噪音信号，也是一个缺点。

近年发现的掺铈氯化镧LaCl₃:Ce、掺铈溴化镧LaBr₃:Ce晶体具有优异的闪烁性能，这两种晶体的光输出都很高，而且发光衰减很快。法国的Saint-Gobain圣戈班公司在欧洲、美国和中国都拥有这两种晶体的专利权。

GE公司发现的掺铈氯溴化镧固溶体闪烁晶体Ce_xLa_1-xCl_yBr_3-y同样具有非常优异的闪烁性能。掺铈氯溴化镧固溶体晶体由氯化镧LaCl₃、氯化铈CeCl₃、溴化镧LaBr₃和溴化铈CeBr₃混合配制而成，氯化镧、氯化铈、溴化镧和溴化铈皆属于六方晶系，空间群皆为P6₃/m，这几种晶体由于结构上极度近似，因此能够在任意浓度范围内形成掺铈氯溴化镧固溶体晶体。

目前掺铈氯溴化镧固溶体单晶Ce_xLa_1-xCl_yBr_3-y的主要制备方法，是将无水的高纯氯化镧、溴化镧和氯化铈或者溴化铈按照一定比例配料并混和在一起，然后将混合后的原料封在石英坩埚中并抽真空封装，再用坩埚下降法进行晶体生长。

晶体组分的均匀性对掺铈氯溴化镧固溶体晶体来说非常重要。晶体组分的均匀性直接影响到晶体的闪烁性能，尤其是能量分辨率、空间分辨率以及晶体性能的稳定性。对于组分复杂的掺铈氯溴化镧固溶体晶体，当涉及到大尺寸单晶时，组分的均匀性对晶体闪烁性能的影响尤其明显。而掺铈氯溴化镧固溶体晶体Ce_xLa_1-xCl_yBr_3-y中有两种阴离子Cl^-和Br^-，又有两种阳离子Ce³⁺和La³⁺，实现晶体中组分的均匀分布具有相当的难度。