[发明专利]共掺杂的掺铊碘化铯闪烁晶体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及无机化合物晶体及制造技术领域，特别是能抑制掺铊碘化铯闪烁晶体余辉的掺铊碘化铯闪烁晶体及其制备方法和应用。

背景技术

掺铊碘化铯(CsI:Tl)晶体是一类具有优异性能的弱潮解卤化物闪烁体，它的光输出为NaI:Tl的85%，合适的发射波长550nm能与硅光二极管有效耦合，从而大大简化探测器的读出系统，再加上晶体结构对称程度高、易于生长大尺寸晶体、价格便宜等优点，使得该材料在核医学成像，安全检查和高能物理等领域有广泛应用。但是CsI:Tl长余辉的特性不仅造成高计数率应用中脉冲信号的堆积，而且导致高速X射线成像模糊、图像衬度下降以及X-CT影像产生鬼影等问题，从而严重制约了其在高分辨成像技术领域的应用，因此，如何有效抑制余辉一直是CsI:Tl材料研究的难题和热点。

根据目前的认知[R.H.Bartram,et al.Suppression of afterglow in CsI:Tl by codoping with Eu²⁺-II Theoretical model,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A558(2006)458-467;L.A.Kappers,et al.Effects of Eu²⁺concentration on afterglow suppression in CsI:Tl,Eu,Radiation Measurements42(2007)537-540]，CsI:Tl晶体中的余辉产生的过程是：束缚在Tl⁰的电子被热电离后，与束缚空穴的[(Tl⁺)Vk]中心捕获形成(Tl⁺)*激发态，然后产生辐射复合发光（整个过程耗时大于100毫秒）。在这个过程中对余辉的长短起决定性作用的有以下几个因素：V_k心的数量，Tl⁺离子的浓度以及禁带中陷阱的数量。这里指的V_k心是两个I^-离子束缚后失去一个电子形成的I₂^-，类似这样的V_k心是卤化物晶体中最常见的束缚态，其数量很难通过工艺手段来改变。调节Tl⁺在晶体中的浓度则相对容易，而当Tl⁺浓度降低时相应的[(Tl⁺)V_k]中心的数量也会相应减少，因此在余辉得到抑制的同时，另一重要的闪烁性能-光产额则会因为Tl⁺浓度的降低而降低。事实上，禁带中的陷阱的种类和数量对余辉的形成也起着至关重要的作用。例如铈掺杂硅酸镥晶体中的非硅键连的氧空位（电子陷阱）是其余辉形成的主要原因[P.Dorenbos,et al.Afterglow and thermoluminescence properties of Lu₂SiO₅:Ce scintillation crystals,Journal of Physics:Condense Matter6(1994)4174-4180]。此外，其他点缺陷对余辉的产生也有一定的贡献，特别是当晶体中陷阱数量较多的情况下，被陷阱能级捕获的电子极易在经过微秒级的脱陷后被近邻发光中心捕获（通过隧穿效应）复合发光从而引发更长的余辉。