CN107429161B - 闪烁体组合物、辐射检测装置及相关方法 - Google Patents

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Abstract

公开了式AD(BO3)X2:E的闪烁体组合物，包括该闪烁体组合物的装置以及操作该装置的方法。在闪烁体的式中，A可以是钡、钙、锶、镧，或钡、钙、锶和镧的任何组合。D是铝、硅、镓、镁，或铝、硅、镓和镁的任何组合。X可以是氟、氯，或氟和氯的组合。E包括铈，或铈和锂的组合。本文公开的装置和方法可用于在恶劣环境中检测高能辐射。

Description

闪烁体组合物、辐射检测装置及相关方法
背景
本发明总体上涉及闪烁体组合物，更特别地涉及Ce3+活化的硼酸二卤化物闪烁体组合物。
已经发现闪烁体可用于化学、物理、地质学和医学中的应用。应用的具体实例包括正电子发射断层摄影（PET）装置、油气工业的测井和各种数字成像应用。还正在研究闪烁体用于安全装置的检测器，例如用于辐射源的检测器，其可以指示在货物容器中存在放射性物质。
对于所有这些应用，闪烁体的组成与装置性能有关。闪烁体需要响应X射线和γ射线激发。此外，闪烁体应具有增强辐射检测的多种特性。例如，大多数闪烁体材料具有高的光输出，短的衰减时间，高的“阻断能力”和可接受的能量分辨率。此外，其他性质也可能是相关的，这取决于如何使用闪烁体，如下所述。
具有这些性质的大部分或全部的各种闪烁体材料多年来一直在使用。实例包括铊活化的碘化钠(NaI(Tl))；锗酸铋(BGO)；铈掺杂的原硅酸钆(GSO)；铈掺杂的原硅酸镥（LSO）；和铈活化的镧系元素卤化物。这些材料中的每一种都具有适合某些应用的特性。然而，其中许多也有一些缺点。常见的问题是光产量低，物理脆弱，和不能产生大尺寸、高品质的单晶。还存在其他缺点。例如，铊活化的材料是非常吸湿的，并且还可产生大且持续的余辉，这可能干扰闪烁体功能。此外，BGO材料受困于衰减时间慢，光输出低。另一方面，LSO材料昂贵，并且还可能含有放射性镥同位素，其也可干扰闪烁体功能。
如果新的闪烁体材料能够满足对商业和工业用途的不断增长的需求，那么它们将具有重要的价值。这些材料需要防潮，表现出优异的光输出，具有相对快的衰减时间和良好的能量分辨特性，特别是在γ射线的情况下。此外，它们应该能够以合理的成本和可接受的晶体尺寸有效地生产。
简述
本发明的实施方案涉及闪烁体材料组合物，具有闪烁体单晶的装置及其工作方法。
在一个实施方案中，公开了式AD(BO3)X2:E的闪烁体组合物。在该式中，A可以是钡、钙、锶、镧，或钡、钙、锶和镧的任意种的任何组合。D是铝、硅、镓、镁，或铝、硅、镓和镁的任意种的任何组合。X可以是氟、氯或氟和氯的组合。E包括铈或铈和锂的组合。
在一个实施方案中，公开了一种用于在恶劣环境中检测高能辐射的装置。该装置包括具有大于约200 nm的发射波长的闪烁体单晶。闪烁体单晶包括式AD(BO3)X2:E的闪烁体组合物。在该式中，A可以是钡、钙、锶、镧，或钡、钙、锶和镧的任意种的任何组合。D是铝、硅、镓、镁，或铝、硅、镓和镁的任意种的任何组合。X可以是氟、氯或氟和氯的组合。E包括铈或铈和锂的组合。
在一个实施方案中，公开了一种在恶劣环境中检测高能辐射的方法。该方法包括通过闪烁体单晶接收辐射，产生所述辐射特有的光子，并用耦合到闪烁体单晶的光电检测器检测光子。闪烁体单晶包括式AD(BO3)X2:E的闪烁体组合物。在该式中，A可以是钡、钙、锶、镧，或钡、钙、锶和镧的任意种的任何组合。D是铝、硅、镓、镁，或铝、硅、镓和镁的任意种的任何组合。X可以是氟、氯或氟和氯的组合。E包括铈或铈和锂的组合。
附图
根据结合附图提供的本发明的优选实施方案的以下详细描述，将更容易地理解这些和其它优点和特征。
图1是根据本发明的实施方案，包括闪烁体材料和光电检测器的装置的透视图；
图2是根据本发明的实施方案，当用235 nm波长激发时，铈掺杂的二氟化硼酸钡铝(BaAl(BO3)F2)组合物的发射波长光谱；
图3是根据本发明的实施方案，铈掺杂的二氟化硼酸钡铝(BaAl(BO3)F2)组合物的发光强度的温度依赖性的图示；
图4是根据本发明的实施方案，铈掺杂的10％钙取代的二氟化硼酸钡铝(BaAl(BO3)F2)组合物的发光强度的温度依赖性的图示；
图5是根据本发明的实施方案，铈掺杂的20％钙取代的二氟化硼酸钡铝(BaAl(BO3)F2)组合物的发射波长光谱；
图6是根据本发明的实施方案，铈掺杂的二氟化硼酸钙铝(CaAl(BO3)F2)组合物的发光强度的温度依赖性的图示；
图7是根据本发明的实施方案，当用235 nm波长激发时，铈掺杂的二氟化硼酸钙铝(CaAl(BO3)F2)组合物的发射波长光谱；
图8是根据本发明的实施方案，铈掺杂的镓取代的二氟化硼酸钡铝(Ba(Al, Ga)(BO3)F2)组合物的发光强度的温度依赖性的图示；和
图9是根据本发明的实施方案，铈掺杂的镓取代的二氟化硼酸钡铝(Ba Ga(BO3)F2)组合物的发光强度的温度依赖性的图示。
详细描述
现在将参照附图中所示的示例性实施方案，更详细地描述本发明的各方面。尽管下面参考优选的实施方案描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于此。已经获得本文的教导的本领域普通技术人员将认识到在本文所公开和要求保护的本发明的范围内的另外的实施、修改和实施方案以及其它使用领域，并且关于所述另外的实施、修改和实施方案以及其它使用领域，本发明可以具有显著效用。
在下面的描述中，每当本发明的实施方案的特定方面或特征被称为包括一组的至少一个要素和其组合，或由其组成时，可以理解，该方面或特征可以包括单独或与该组的任何其它要素组合的该组的任何要素，或由其组成。
在随后的说明书和权利要求中，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。
如本文在整个说明书和权利要求中所使用的近似语言可以应用于修饰可允许变化的任何定量表示，而不导致与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“约”或“基本上”的一个或多个术语修饰的值可以不限于指定的精确值，并且可以包括与指定值不同的值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。
本发明的一个方面涉及一种在恶劣的井下环境中用于油井钻探应用的闪烁体组合物，其中冲击水平在约20-30倍重力加速度的范围内。此外，本文所述的闪烁体材料在高温和宽温度范围下是可操作的，并且对温度变化较不敏感。
闪烁体材料通常用作γ射线、X射线、宇宙射线和以大于约1 keV的能级为特征的粒子的辐射检测器的组件。闪烁体晶体与光检测装置，即光电检测器耦合。当来自放射性核素源的光子撞击晶体时，晶体发光。光电检测器产生与所接收的光脉冲数量及其强度成比例的电信号。
在图1中公开的示例性实施方案中，描述了用于检测高能辐射的系统或装置10。在一个实施方案中，装置10（或者，辐射检测器）包括本文所述的一种或多种闪烁体组合物12。闪烁体材料可以通过电子和空穴的激发来吸收辐射能量。这些电子和空穴可以重组和发射光子。在本实施方案中，闪烁体12能够将高能辐射14转换成光子16。光电检测器装置20可以是本领域众所周知的各种装置。光电检测器装置20可用于检测光子16并将其转换成电或电子信号（未示出），其可由相关联的电子装置检测以确定冲击的高能辐射的时间、能量和位置。光电检测器装置20的非限制性示例可以包括光电倍增管、光电二极管、CCD传感器和图像增强器。特定光电检测器20的选择将部分地取决于正被构建的辐射检测器10的类型和辐射检测器的预期用途。
辐射检测器10可以连接到各种工具和装置。非限制性实例包括测井工具和核医学装置。在另一个非限制性实例中，辐射检测器12可以连接到数字成像设备。在一个实施方案中，系统10是用于检测高能辐射的装置。
通常，闪烁体材料12的期望性质包括高密度（用于高辐射阻断能力），高光输出，快衰减时间，高能量分辨率，良好的环境稳定性和大单晶的可得性。这些性质与基本材料性质，即带隙（对于光输出重要），载流子传输效率（与闪烁衰减相关）以及光学、化学和结构性质有关。
“阻断能力”是材料吸收辐射的能力，并且与闪烁体材料的密度和Z（原子数）直接相关。具有高阻断能力的闪烁体材料允许很少或没有辐射通过，这在有效捕获辐射方面是一个明显的优点。
如本文所使用的，术语“光输出”是例如由X射线或γ射线的脉冲激发之后由闪烁体发射的可见光的量。高光输出是理想的，因为它增强了辐射检测器将光转换成电脉冲的能力。
术语“衰减时间”是指闪烁体发射的光的强度在辐射激发停止时降低到光强度的指定分数所需的时间。对于许多应用，例如PET装置，较短的衰减时间是可取的，因为它们允许γ射线的有效重合计数。因此，扫描时间减少，并且可以通过消除由于意外重合而引起的随机计数来改善图像。
辐射检测器的“能量分辨率”指的是其区分具有非常相似的能级的能量射线（例如γ射线）的能力。在给定能量源的标准辐射发射能量下进行测量后，能量分辨率通常以百分比值报告。较低的能量分辨率值是非常理想的，因为它们通常导致更高质量的辐射检测器。
闪烁体材料可以以各种形式制备和使用。例如，在一些实施方案中，闪烁体材料是单晶体（单晶）形式。呈单晶形式的闪烁体12具有更大的透明倾向，并且对于诸如用于检测γ射线的那些高能辐射检测器特别有用。因此，在本发明的一个实施方案中，本文所用的闪烁体材料是单晶形式。在一些示例性实施方案中，闪烁体组合物也可以以其它形式使用，这取决于其预期的最终用途。例如，闪烁体组合物可以是粉末形式。
应当注意在示例性的实施方案中，闪烁体组合物可含有少量的杂质。这些杂质通常源于起始组分，通常构成闪烁体组合物的小于约0.1重量％，并且可以低至0.01重量％。在示例性的实施方案中应当进一步注意，闪烁体组合物还可以包括其体积百分比通常小于约1％的寄生添加剂。此外，在示例性的实施方案中，少量的其它材料可以有目的地包括在闪烁体组合物中。
本说明书所公开的闪烁体12被配置为在宽的温度窗口下工作时检测辐射，而不会显著损失辐射检测能力。本文公开的闪烁体12能够在低于室温至升高的温度（例如-50℃至175℃）的温度范围内操作。在一个实施方案中，闪烁体被配置为在-40℃至125℃的温度范围内操作。
在一个实施方案中，闪烁体12被配置为在升高的温度（例如大于100℃）下操作。如本文所用，闪烁体“被配置为在大于100℃的温度下操作”表示闪烁体能够在大于100℃的温度下操作，而不会失去在低于100℃的温度下操作的能力。在另一个实施方案中，闪烁体12被配置为在甚至大于150℃的温度下工作。在另一个实施方案中，闪烁体12可以在低于室温的温度下操作。在一个实施方案中，闪烁体12可以被配置为在低于约-40℃的温度下工作。
在一个实施方案中，所公开的闪烁体12被配置为在超过200℃的宽温度范围内操作时检测冲击辐射，而不会显著损失辐射检测能力。如本文所用，“在超过200℃的宽温度范围内操作时检测辐射”是指单一排列的闪烁体12能够在该温度窗口中操作，对于该温度范围的任何子窗口的操作，闪烁体12的组成或排列无任何实质变化。例如，一种配置的闪烁体12可能能够在-25℃直到175℃操作，而不需要更换或重新调整闪烁体的组成，或者不需要额外保护闪烁体。在另一个示例性的实施方案中，具有特定组成的一种配置的闪烁体能够在0℃直至200℃操作，而不需要改变闪烁体的配置或组成，并且不需要额外保护闪烁体。
如本文所使用的，术语“能够操作”或“配置为在温度范围内操作”意味着在所公开的温度范围的任何温度窗口下，闪烁体12的峰值光输出没有实质变化。如本文所用，“闪烁体的光输出”是与电离辐射相互作用时发射的光子的总数。通常，闪烁体的光输出被测量为光子数/MeV。
本文公开的闪烁体12可以被配置为在与现有的闪烁体材料相比时以特定温度范围的高光输出进行操作。许多目前使用的闪烁体材料的峰值光输出预期在高温例如约175℃时显著下降。通常在许多常用的闪烁体材料中观察到光输出大于80％的下降。可以使用相对于室温，在该温度下的相对（百分比）光致发光强度来测量高温下光输出的变化。
本文使用的各种实施方案的闪烁体材料即使在高温下也具有基本上高的光输出。在一个实施方案中，本文所述的单晶闪烁体在约175℃的温度下的光致发光强度（或者，发光强度）大于在室温下该单晶的发光强度的约60％。也就是说，从室温到高于175℃的温度的发光强度下降小于约40％。在另外的具体实施方案中，在大于175℃的温度下的闪烁体单晶的发光强度大于室温下相同单晶的发光强度的约75％。
这里的本发明的一些实施方案涉及闪烁体材料，其包括式AD(BO3)X2:E的铈掺杂组合物。本文所用的A是钡、钙、锶、镧，或钡、钙、锶和镧的任意种的任何组合。D是铝、硅、镓、镁，或铝、硅、镓和镁的任意种的任何组合。X可以是氟、氯或氟和氯的组合。活化剂E包括铈。
在本文公开的示例性实施方案的所有情况下，闪烁体组合物使用三价铈离子（Ce3 +）活化剂以在紫外线、X射线和γ射线激发下产生有效的发光。在一些实施方案中，在一些硼酸二卤化物中用镨离子（Pr3+）作为活化剂进行的实验不会导致任何良好的发光。
可以理解，当活化剂E掺入到AD(BO3)X2晶格中时，它替代在晶格中的A元素，导致缺陷和空位的产生。这可能导致组合物的发光强度降低。电荷补偿剂与该活化剂一起掺入晶格中，通过避免产生缺陷和空位以有助于提高效率。对于具有三价铈离子作为活化剂的AD(BO3)X2基体，使用的电荷补偿剂是一价钠或锂离子中的至少一种。在一些示例性的实施方案中，活化剂E包括锂以及铈用于电荷补偿。
活化剂E的适当水平将取决于各种因素，例如存在于“A”位点中的特定二价或三价离子；存在于“D”位点中的一价、二价、三价或四价离子；所需的发射性能和衰减时间；以及其中结合有闪烁体组合物12的检测装置的类型。通常在示例性的实施方案中，基于活化剂和基体材料的总摩尔数，活化剂的用量水平范围为约1摩尔％至约100摩尔％。在许多优选的实施方案中，活化剂的量在相同的基础上在约1摩尔％至约30摩尔％的范围内。在一个实施方案中，存在于闪烁体材料中的铈的量的范围为约0.5 mol％至约10 mol％。在一个示例性的实施方案中，闪烁体材料中的铈掺杂水平在约1 mol％至约3 mol％的范围内。在一个实施方案中，电荷补偿剂以与活化剂相等的摩尔百分数水平存在于闪烁体组合物中。
此外，本文使用的闪烁体材料需要具有大于约200 nm的发射波长。在一些实施方案中，本文使用的闪烁体材料的峰值发射波长在约250 nm至约500 nm的范围内，以匹配最适合与该闪烁体一起使用以用于辐射检测的光电倍增管的光谱波长。在一个实施方案中，本文使用的闪烁体材料具有大于约320 nm且小于约460 nm的发射波长峰值。在另一个实施方案中，闪烁体材料的发射波长峰值在约300 nm至约400 nm的范围内。
在一个实施方案中，使用铈掺杂的二氟化硼酸钡铝(BaAl(BO3)F2)闪烁体组合物作为闪烁体材料。如本文所用，铈在掺杂后占据钡位。当Ce3+在Ba2+位置取代时，存在电荷不匹配，因此在一个实施方案中，（与铈）等摩尔％的Li+用于电荷补偿。
当用235 nm波长激发时，具有2％铈和2％锂掺杂的BaAl(BO3)F2的闪烁体组合物似乎具有在约350 nm至约500 nm范围内的发射波长，在约425 nm处具有峰值，如图2所示。该光谱响应非常类似于当前使用的NaI:Tl晶体，其在约415 nm具有峰值发射。此外，NaI:Tl是铊活化材料，产生持续约几百纳秒的大且持续的余辉。在不同实施方案中，本文公开的铈活化的化合物具有数十纳秒范围内余辉的寿命，因此特别优于NaI:Tl材料。
二氟化硼酸钡铝组合物是非吸湿性的，并且用如Yinchao Yue, Zhanggui Hu,Chuangtian Chen, “Flux growth of BaAlBO3F2 crystals （BaAlBO3F2晶体的熔化生长）,” Journal of Crystal Growth 310 (2008) 1264–1267中公开的常规单晶生长方法，适于生长为大单晶。
BaAl(BO3)F2:2%(Ce, Li)的高温光致发光强度图如图3所示。可以看出，粉末形式的BaAl(BO3)F2:2%(Ce, Li)闪烁体组合物不具有良好的高温稳定的光致发光。组合物的合成优化和单晶形式可以改善该闪烁体组合物的高温光致发光。
在一个实施方案中，研究了钙取代的BaAl(BO3)F2: Ce, Li闪烁体组合物，目的是研究钙取代对高温光致发光性能的影响。图4和图5分别表示10 mol％和20 mol％钙取代（在钡位点）BaAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)的光致发光光谱。10 mol％和20 mol％的钙取代似乎增加了粉末形式的BaAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)的高温性能。
图6显示CaAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)的光致发光光谱。与BaAl(BO3)F2: 2% (Ce,Li)的性能相比，观察到光致发光的高温稳定性的显著改善。与同种化合物的室温发光数据相比，粉末形式的CaAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)在175℃下的光致发光减少了小于约40％。
图7显示当用235 nm波长激发时，CaAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)的光谱响应。观察到CaAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)的发射光谱范围为约330 nm至470 nm，峰值约为370 nm。因此，当在BaAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)组合物中钡完全被钙取代时，发生了光致发光峰迁移至较低波长。CaAl(BO3)F2:(Ce, Li)组合物的合成优化、活化剂百分比的优化和单晶形式可以进一步提高该组合物的高温发光。
在本发明的一些实施方案中，以粉末形式研究了式(Ba,Ca) (Al,Ga) (BO3)F2:(Ce, Li)的不同闪烁体组合物。图8示出了作为温度的函数的Ba(Al, Ga)(BO3)F2: 2% (Ce,Li)的光致发光光谱。可以观察到，该组合物在高温下表现出高的光致发光稳定性。在175℃的高温下，光致发光的下降小于约20％。
图9示出了作为温度的函数的BaGa(BO3)F2: 2% (Ce, Li)的光致发光光谱。当与BaAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)相比时，该组合物显示出相对较好的光致发光的高温稳定性。当与室温发光相比时，BaGa(BO3)F2: 2% (Ce, Li)的光致发光的下降在175℃下观察到小于约30％。还观察到“D”位置中的镓取代将光致发光峰移动到365 nm，其在装置10中可以与该闪烁体一起使用的一些光电倍增管的峰值灵敏度范围内。
可以使用各种技术来制备闪烁体组合物。在一个实施方案中，首先制备含有正确比例的所需材料的合适粉末，然后进行如煅烧、模具成形、烧结和/或热等静压的操作。合适的粉末可以通过混合各种形式的反应物，例如盐、卤化物或其混合物来制备。在一些情况下，各单独组分以组合形式使用，例如以组合形式可商购获得。例如，可以使用碱土金属的各种卤化物。这些化合物的非限制性实例包括氯化钙、氟化钡等。
反应物的混合可以通过确保彻底、均匀混合的任何合适的技术进行。例如，可以在玛瑙研钵和杵中进行混合。作为替代的示例性实施方案，可以使用诸如球磨机、碗磨机、锤磨机或喷射磨机的混合机或粉碎设备。继续该示例性实施方案，混合物还可以含有各种添加剂，例如助熔化合物和粘合剂，并且根据相容性和/或溶解度，在研磨过程中有时可以使用各种液体作为媒介物。应当注意，在示例性实施方案中应该使用合适的研磨介质，即不会污染闪烁体组合物的材料，因为这种污染可能降低其发光能力。
混合物可以在足以将混合物转化为固溶体的温度和时间条件下烧制。示例性实施方案中所需的条件部分地取决于所选择的具体反应物。在烧制过程中混合物通常包含在密封容器中，例如由石英或银制成的管或坩埚，使得所有组分都不会损失到气氛中。烧制通常在炉中在约500℃至约1500℃的温度范围内进行，烧制时间通常为约15分钟至约10小时。烧制通常在没有氧气和水分的气氛中进行，例如在真空中或在惰性气体例如但不限于氮气，氦气，氖气，氩气，氪气和氙气下进行。在闪烁体组合物烧制之后，可以将所得材料粉碎以将闪烁体组合物置于粉末形式中，并且可以使用常规技术将粉末加工到辐射检测器元件中。
在一个实施方案中，进行用于形成式SrAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)的闪烁体组合物的一些初步试验。然而，在与用于该材料的钡和钙类似物相似的合成条件下，该材料不能形成具有所需纯度的预期组合物。然而，考虑到二氟化硼酸钙铝相对于二氟化硼酸钡铝的改进，SrAl(BO3)F2: 2% (Ce, Li)化合物或在该材料的A和D位置具有不同替代和取代的任何变化预期可用作预期应用的闪烁体材料。
在本发明的一些实施方案中，镧存在于“A”位点。镧可以在A位点与钡、钙或钡和钙一起存在，或者可以占据所有A位点。当镧占据A位点时，通过用镁部分或完全替代铝可以维持整个基体的电荷中性。在A位点具有镧的不同组合物可以包括基体，例如(Ba,La)Al(BO3)F2、(Ca,La)Al(BO3)F2、(Ba,Ca,La)Al(BO3)F2、(Ba,La)(Al, Mg)(BO3)F2、(Ca,La)(Al,Mg)(BO3)F2、(Ba,Ca,La)(Al,Mg)(BO3)F2、(Ba,La) Mg(BO3)F2、(Ca,La)Mg(BO3)F2、(Ba,Ca,La)Mg(BO3)F2和LaMg(BO3)F2，包括卤化物位点的氯变化。
由于在闪烁体组合物中镧可以作为La3+存在，Ce3+可用作活化剂E，而不需要诸如锂的一价离子用于电荷中性。然而，如果镧与钡或钙共享A位点，闪烁体组合物可以在有或没有一价离子以及铈作为活化剂E的情况下制备。该组成范围内的各种组合物可适合用作用于高能辐射检测的闪烁体单晶，因为它们预期将在约250 nm至约450 nm的所需波长范围内发射用于高能辐射检测的光子。
在闪烁体组合物的另一个实施方案中，本文使用的基体材料为至少两种硼酸卤化物的固溶体形式。如本文所用，术语“固溶体”是指固体结晶形式的硼酸卤化物的混合物，其可以包括单相或多相。例如，在一个实施方案中，固溶体基于任何所需比例的第一硼酸卤化物和第二硼酸卤化物的混合物。
此外，应当注意在示例性的实施方案中，闪烁体组合物12通常根据基体材料组分和活化剂组分来描述。然而，应当注意在示例性的实施方案中，当组分组合时，它们可以被认为是单一的密切混合的组合物，其仍保留活化剂组分和基体材料组分的属性。例如，示例性的闪烁体组合物LaMg(BO3)F2: 2%Ce可以表示为La0.98Ce0.02Mg(BO3)F2。
本发明的实施方案的闪烁体的目标涉及检测诸如γ射线、中子或X射线的高能辐射。本发明的实施方案的闪烁体可以特别用于需要坚固材料的恶劣（例如，高振动、高温等）环境中。在一个实施方案中，闪烁体单晶以约20至约30倍的重力加速度的冲击水平暴露于高能辐射。在特定实施方案中，闪烁体单晶以几乎大约25倍重力加速度的冲击水平暴露于高能辐射。
因此，在恶劣环境井下钻探或有线线路应用中使用装置10检测高能辐射的方法包括将闪烁体暴露于高能辐射并产生光子，以及在大于约100℃的温度下通过光电检测器检测光子。检测到的光子被进一步处理以使用在大于约100℃的温度下运行的相关电子装置转换成电信号。
虽然已经结合仅有限数量的实施方案详细描述了本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于这些公开的实施方案。相反，本发明可以被修改为包括迄今为止未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替换或等效排列。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施方案，但是应当理解，本发明的各方面可以仅包括所描述的实施方案中的一些。因此，本发明不被视为受前述描述的限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (18)

1.式AD(BO3)X2:E的闪烁体组合物，
其中，
A是Ba、Ca、Sr、La或它们的组合；
D是Al、Si、Ga、Mg或它们的组合，
X是F、Cl或它们的组合，和
E是Ce和Li的组合。
2.权利要求1的闪烁体组合物，其中铈的量的范围为0.5 mol％至10 mol％。
3.权利要求2的闪烁体组合物，其中铈的量的范围为1 mol％至5 mol％。
4.权利要求1的闪烁体组合物，其具有式(Ba,Ca) (Al,Ga) (BO3)F2: (Ce, Li)。
5.权利要求1的闪烁体组合物，其具有式Ba Ga (BO3)F2: (Ce, Li)。
6.权利要求1的闪烁体组合物，其中所述组合物的发射波长大于200 nm。
7.权利要求1的闪烁体组合物，其中所述组合物的发射峰在320纳米至460纳米的范围内。
8.权利要求1的闪烁体组合物，其包含Ce3+。
9.权利要求1的闪烁体组合物，其为单晶形式。
10.一种用于在恶劣环境中检测高能辐射的装置，所述装置包括：
式AD(BO3)X2:E的闪烁体单晶，且其发射波长大于200 nm，其中
A是Ba、Ca、Sr、La或它们的组合；
D是Al、Si、Ga、Mg或它们的组合，
X是F、Cl或它们的组合，和
E是Ce和Li的组合。
11.权利要求10的装置，其中所述闪烁体单晶中存在的铈的量的范围为0.5原子％至10原子％。
12.权利要求10的装置，其中在大于150℃的温度下所述单晶的发射效率为大于在室温下所述单晶的发射效率的60％。
13.权利要求10的装置，其中所述闪烁体单晶包含(Ba,Ca) (Al,Ga) (BO3)F2: (Ce,Li)。
14.一种用闪烁检测器检测高能辐射的方法，所述方法包括：
通过闪烁体单晶接收辐射，并产生所述辐射特有的光子；和
用耦合到闪烁体单晶的光子检测器检测光子；
其中闪烁体单晶具有式AD(BO3)X2:E，
其中，
A是Ba、Ca、Sr、La或它们的组合；
D是Al、Si、Ga、Mg或它们的组合，
X是F、Cl或它们的组合，和
E是Ce和Li的组合。
15.权利要求14的方法，其中所述闪烁体单晶在大于150℃的温度下暴露于所述高能辐射。
16.权利要求14的方法，其中所述闪烁体单晶产生大于200 nm的发射波长的光子。
17.权利要求14的方法，其中所述闪烁体单晶以大于20倍重力加速度的冲击水平暴露于高能辐射。
18.权利要求14的方法，其中所述高能辐射是γ辐射。
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