[发明专利]一种用于X射线探测的复合物闪烁体

说明书

本申请涉及闪烁体的结构设计与应用研究领域。一种用于X射线探测的复合物闪烁体，该闪烁体的分子式如下：KGd_0.7Bi_0.3F₄:Ce/Tb‑CsBa_0.3Pb_0.7Br₃。本专利高性能闪烁体制备X射线探测器件，其探测极限约为5 nGy s^‑1，在低剂量X射线探测领域具有很好的应用前景。

技术领域

本申请涉及闪烁体的结构设计与应用研究领域，尤其涉及一种X射线探测与成像用复合物闪烁体的表面设计、复合物制备与应用研究。

背景技术

传统X射线成像技术在应用于胸透与CT诊断时，为了提高成像质量，需要增大X射线辐射剂量，可能破坏人体血液中的白细胞，降低机体免疫功能，导致危险性的疾病，不能作为医学领域的常规检测手段。开展高灵敏度低剂量X射线探测技术研究是实现高分辨无损X射线成像的关键途径。间接探测法利用闪烁体将X射线光子转化为紫外-可见光，再经荧光探测器转换为电信号，荧光性能多样化，易匹配商用荧光探测器，而且响应快，探测范围能够延伸至高能量硬X射线区域，光产额是间接型探测器中X射线转换效率与探测灵敏度的重要指标之一。

研究表明通过微量激活离子掺杂能够提高闪烁体的光产额，比如CsI:Tl（54000ph/MeV）, Gd₂O₂S:Tb（35000 ph/MeV）与Gd₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce（70000 ph/MeV）等块体的闪烁性能相比未掺杂体系均有一定程度的提高。然而，受基质固有晶体结构的限制，传统块状闪烁晶体的光产额难以大幅提高，不能实现高灵敏度低剂量X射线探测，而且闪烁体的大厚度使X射线成像分辨率受到光学串扰的限制；此外，在制备工艺上，多采用Czochralski法在1700℃以上的温度生长，条件苛刻，生产成本昂贵。

无机纳米晶闪烁体通常采用温和的湿化学法制备，生产成本低，而且纳米晶能够以薄膜的形式急剧缩小闪烁体厚度，抑制光学串扰。目前所研究的无机纳米晶闪烁体主要包含卤素钙钛矿与含铈纳米晶。卤素钙钛矿纳米晶具有优异的光学性能，能够获得低剂量的X射线探测，比如，采用CsPbBr₃纳米晶制备的薄膜闪烁体装置，能获得超低的X射线探测极限，约为13 nGy s^-1，比常用的X射线诊疗剂量低~420倍，但是CsPbBr₃纳米晶稳定性差。近年来，部分含有三价铈离子（Ce³⁺）的纳米晶闪烁体，如CeF₃，CeF₃/ZnO，CeLaF₃/LaF₃，TiO₂：Ce与CeF₃：Tb等，具有很高的稳定性，也被初步应用于X射线光动力学治疗领域的研究，但是这些体系缺乏俄歇级联退激发过程，空穴捕获几率低，导致其X射线荧光转换效率偏低。总之，为了实现高灵敏度低剂量X射线探测，目前研发的闪烁体材料存在光产额低或者稳定性差的问题。

发明内容