[发明专利]一种三价铈离子激活的闪烁体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种三价铈离子激活的闪烁体材料及其制备方法与应用。所述闪烁体材料的化学组成表示式为：Sr_3‑2xCe_xM_xMgSi₂O₈；其中，Ce³⁺为激活离子，M⁺为电荷补偿离子，x为Ce³⁺相对碱土金属离子Sr²⁺占的摩尔百分比系数，x的选取范围为0.001≤x≤0.10。本发明所述闪烁体材料的发射荧光波长在300~450nm范围之内，能与光电倍增管很好的耦合，且所述闪烁体材料光产额高、光衰减快、物理化学性质稳定。另外，本发明所述闪烁体材料的制备方法操作简单、安全、条件容易控制。

技术领域

本发明涉及闪烁体材料领域，更具体地，涉及一种三价铈离子激活的闪烁体材料及其制备方法与应用。

背景技术

闪烁体材料是一类能将电离辐射能转换成光辐射能(主要是可见光能)的化学物质。所用电离辐射包括带电的α粒子、β粒子和不带电的X 射线、γ射线以及中子。闪烁体材料在探测辐射信息中有重要的应用，被大量地应用于高能物理、核物理、核医学成像、探矿、安全监控、工业无损探测、油井探测、环境检查等领域。例如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)的探测器采用了82000多根PbWO₃闪烁晶体(25 cm × 2.5 cm × 2.5 cm)；医院用于人体拍片的正电子发射断层扫描成像技术(PET)中的探测器由闪烁体材料(如Bi₄Ge₃O₁₂晶体)和光电倍增管耦合制成；飞机场和火车站等对行李物品进行安全检测的仪器主要部件是用闪烁体材料[如(ZnCd)S:Ag⁺]涂制的X 射线荧光屏。

通常，一种性能优异的闪烁体材料需要满足多方面的要求，主要包括高密度( 6g/cm³)、快衰减( 100 ns)、高光产额( 6000 光子/MeV)、高稳定性和低成本等。其中快衰减有利于提高扫描速度，高光产额有利于提高光电检测器的灵敏度。不同的高能辐射其特性不同，相应探测材料的性能要求、使用条件和探测原理也各有不同。虽然人们对闪烁体材料的研究已经有了一百多年的历史，但至今仍然没能找到性能非常满意的全能闪烁材料。随着科技对于探测要求的提高，传统的商用无机闪烁体材料已越来越难以满足当前技术的需要，例如CaWO₄、Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)等，虽然有较高的光产额( 10⁴ 光子/MeV)，但衰减时间比较长( 200ns)；BaF₂、CsI、CeF₃等，虽然衰减时间较短(≤ 30 ns)，但光产额较低(几千光子/MeV)。NaI:Tl⁺衰减时间较长，且吸收系数大，容易潮解。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种光产额高、光衰减快、物理化学性质稳定的三价铈离子激活的闪烁体材料。

本发明的另一个目的在于提供一种闪烁体材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种三价铈离子激活的闪烁体材料，所述闪烁体材料的化学组成表示式为：Sr_3-2xCe_xM_xMgSi₂O₈；其中，Ce³⁺为激活离子，M⁺为电荷补偿离子，x为Ce³⁺相对碱土金属离子Sr²⁺所占的摩尔百分比系数，x的选取范围为0.001≤x≤0.10。

本发明所述闪烁体材料的发射荧光波长在300~450nm范围之内，能与光电倍增管很好的耦合，在X射线的激发下，所述闪烁体材料光产额高，能达商用BaF₂的2倍以上，且所述闪烁体材料光衰减快、物理化学性质稳定。