CN109031385B - 闪烁体阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闪烁体阵列，包括基元载体和多个闪烁体基元，所述多个闪烁体基元呈阵列结构拼接在所述基元载体上；每个所述闪烁体基元包括基质和掺杂于所述基质中的激活离子，所述基质的材质为陶瓷。该闪烁体阵列由闪烁体基元和基元载体拼接而成，在制备时无需机械切割，简化了制备过程，降低了制备成本；并且，闪烁体基元和基元载体分开制备后进行拼接，无需一起成型，可实现不同材质的闪烁体基元与基元载体的拼接，得到性能更优异的闪烁体阵列。

Description

闪烁体阵列

相关申请

本发明是2014年4月25日申请的，申请号为201410169914.0，名称为“闪烁体阵列及其制备方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及闪烁探测器领域，特别是涉及一种闪烁体阵列。

背景技术

闪烁探测器是一种电离辐射探测器，其广泛应用于医疗、国防、安检等领域。闪烁体阵列是闪烁探测器的核心组元，它能将高能射线(X射线/γ射线)或带电粒子转换为紫外光或可见光，进而通过光电倍增管等光子探测设备，将光信号转化成电信号，最终将高能射线与被探测物质相互作用的信息以数字信号的形式予以呈现。

目前闪烁体阵列的制备工艺是基于对块体闪烁介质进行去除机械加工，即将闪烁介质通过切割、磨削等方式加工成阵列。为获得高质量的闪烁体，对切割和磨削工艺提出较高的要求。传统的闪烁体阵列制备技术存在以下几个缺点：

①在闪烁介质制备设备之外，需购置高精密的切割设备，并进行严格的切割加工，大大增加了生产成本；②闪烁介质的高硬度、高脆性，使得切割精度和切割效率大大降低；③切割过程中损失的闪烁介质比例较高，造成极大的浪费。

发明内容

本发明提供一种无需机械切割即能进行制备的闪烁体阵列。同时，本发明还提供了一种闪烁体阵列的制备方法。

为达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案：

一种闪烁体阵列，包括基元载体和多个闪烁体基元，所述多个闪烁体基元呈阵列结构拼接在所述基元载体上；每个所述闪烁体基元包括基质和掺杂于所述基质中的激活离子，所述基质的材质为陶瓷。

在其中一个实施例中，所述基质的材质为Lu₂O₃透明陶瓷、Lu₃Al₅O₁₂透明陶瓷、Y₂O₃透明陶瓷、Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷、(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂透明陶瓷、(Y_aLu_bGd_c)₂O₃透明陶瓷、Gd₂O₂S透明陶瓷及(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂透明陶瓷中的一种或几种；

所述激活离子选自Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Eu²⁺、Dy²⁺、Ho²⁺、Er²⁺、Tm²⁺、Ti²⁺、Cr²⁺及Mn²⁺中的一种；

其中，0<x<1，0<y<1；0<a<1，0<b<1，0<c<1，且a+b+c＝1；所述激活离子的摩尔量为所述基质的摩尔量的0.00005％～10％。

在其中一个实施例中，所述基元载体为固化胶层。

在其中一个实施例中，所述基元载体的材质为陶瓷；

所述基元载体上开设有多个呈阵列结构排列的凹坑，每个所述凹坑的大小与每个所述闪烁体基元的大小相匹配，每个所述闪烁体基元固定在每个所述凹坑中且部分收容于所述凹坑中。

在其中一个实施例中，所述基元载体的材质为Lu₂O₃透明陶瓷、Lu₃Al₅O₁₂透明陶瓷、Y₂O₃透明陶瓷、Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷、(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂透明陶瓷、(Y_aLu_bGd_c)₂O₃透明陶瓷、Gd₂O₂S透明陶瓷或(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂透明陶瓷；

其中，0<x<1，0<y<1；0<a<1，0<b<1，0<c<1，且a+b+c＝1。

在其中一个实施例中，每个所述闪烁体基元的横截面积为0.5mm²～1.5mm²，每个所述闪烁体基元的高度为1mm～4mm；

相邻的两个所述闪烁体基元的间距为0.1mm～0.3mm；

所述基元载体的厚度为1mm～4mm。

在其中一个实施例中，同一个闪烁体阵列中，包含两种以上不同材质的闪烁体基元。

一种闪烁体阵列的制备方法，包括如下步骤：

利用基元制备模具制备多个闪烁体基元生坯，将所述多个闪烁体基元生坯烧结后，得到多个闪烁体基元；及

制备基元载体，将所述多个闪烁体基元呈阵列结构固定在所述基元载体上，得到所述闪烁体阵列。

在其中一个实施例中，所述制备基元载体，将所述多个闪烁体基元呈阵列结构固定在所述基元载体上包括如下步骤：

利用载体制备模具制备基元载体生坯，所述制备的基元载体生坯上有多个呈阵列结构排列且与所述闪烁体基元的大小相匹配的凹坑；

分别将所述多个闪烁体基元置于所述多个凹坑中，每个所述闪烁体基元对应一个所述凹坑，得到装配好的闪烁体基元和基元载体生坯；及

将所述装配好的闪烁体基元和基元载体生坯进行烧结，所述基元载体生坯烧结后形成所述基元载体，所述多个闪烁体基元拼接于所述基元载体上，得到闪烁体阵列。

在其中一个实施例中，所述制备基元载体，将所述多个闪烁体基元呈阵列结构固定在所述基元载体上包括如下步骤：

将所述多个闪烁体基元呈阵列结构排列，然后在所述多个闪烁体基元之间填充粘结剂；及

所述粘结剂固化后形成基元载体，所述多个闪烁体基元拼接于所述基元载体上，得到所述闪烁体阵列。

本发明的有益效果如下：

本发明的闪烁体阵列，包括闪烁体基元和基元载体，闪烁体基元可以由包括陶瓷和激活离子的粉体制备成型，然后通过将闪烁体基元拼接于基元载体上形成闪烁体阵列，无需机械切割，因此，无需购置高精密的切割设备，简化了闪烁体阵列的制备过程，降低了闪烁体阵列的制备成本；同时，闪烁体基元和基元载体分开制备后进行拼接，无需一起成型，可实现不同材质的闪烁体基元与基元载体的拼接，得到性能更优异的闪烁体阵列。

本发明的闪烁体阵列的制备方法，将闪烁体基元和基元载体分开制备，然后将闪烁体基元拼接到基元载体上，无需磨削、切割闪烁介质，从而无需购置精密的切割设备，具有高效、材料损失率小，可大大降低闪烁体阵列的制备成本的优点。

附图说明

图1为一实施方式的闪烁体阵列的结构示意图；

图2为图1所示的闪烁体阵列的单个闪烁体基元的放大图；

图3为图1所示的闪烁体阵列的基元载体的结构示意图；

图4为另一实施方式的闪烁体阵列的结构示意图；

图5为一实施方式的基元制备模具的结构示意图；

图6为一实施方式的载体制备模具的结构示意图；

图7为一实施方式的组合筛选板的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1至图4，本发明提供了一种闪烁体阵列100，该闪烁体阵列100一般应用于探测器。闪烁体阵列100包括基元载体120和多个闪烁体基元110，多个闪烁体基元110呈阵列结构拼接在基元载体120上。闪烁体基元110的阵列结构根据设计要求进行排列，可为任意形状，例如方形阵列、菱形阵列等。

本发明中，闪烁体基元110包括基质和掺杂于基质中的激活离子，且基质的材质为陶瓷。

作为优选，基质为Lu₂O₃透明陶瓷、Lu₃Al₅O₁₂透明陶瓷、Y₂O₃透明陶瓷、Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷、(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂透明陶瓷、(Y_aLu_bGd_c)₂O₃透明陶瓷、Gd₂O₂S透明陶瓷及(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂透明陶瓷中的一种或几种，即在同一个闪烁体基元110中，基质可为一种透明陶瓷，也可为两种或多种透明陶瓷；其中，0<x<1，0<y<1，0<a<1，0<b<1，0<c<1，且a+b+c＝1。激活离子选自Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Eu²⁺、Dy²⁺、Ho²⁺、Er²⁺、Tm²⁺、Ti²⁺、Cr²⁺及Mn²⁺中的一种，根据具体的基质材料进行选择；并且，激活离子的摩尔量为基质的摩尔量的0.00005％～10％。基质中的激活离子在高能粒子的轰击或高能射线的辐射下可发出可见光。

在同一个闪烁体基元110中，当基质包括两种或多种透明陶瓷时，可大大增加闪烁阵列100的材质选择范围，同时为优化闪烁体阵列100的性能提供支撑。

闪烁体基元110的大小及排布对探测器扫描图像的清晰度影响较大，一般地，闪烁体基元110排列越密集，单个闪烁体基元110体积越小，探测器扫描的图像越清晰。作为优选，每个闪烁体基元110的横截面积为0.5mm²～1.5mm²，每个闪烁体基元110的高度为1mm～4mm；相邻的两个闪烁体基元110的间距为0.1mm～0.3mm。闪烁体基元110一般为柱状，其横截面可为任意形状，如圆形、正方形、长方形等，如图2中的闪烁体基元110为长方体柱状结构。

基元载体120为闪烁体基元110的承载单元。本发明对基元载体120的形状无特殊限制，可根据实际需要而定。如图3所示，基元载体120为长方体状。此外，基元载体120也可为圆柱状，菱柱状等其他形状。

在本发明的闪烁体阵列100中，基元载体120的密度优选为4g/cm³～10g/cm³，厚度优选为1mm～4mm；闪烁体基元110的密度优选为2g/cm³～10g/cm³。在保证光透过率的前提下，闪烁体基元110的密度越大，越能有效的阻挡射线对探测物品的损伤。

在本发明的闪烁体阵列100中，基元载体120的可为陶瓷材料制品，也可为固化胶层。

参见图1，为闪烁体阵列的一实施例的结构示意图。其中，基元载体120的材质为陶瓷；并且，基元载体120上开设有多个呈阵列结构排列的凹坑，每个凹坑的大小与每个闪烁体基元110的大小相匹配，每个闪烁体基元110通过凹坑拼接于基元载体120上。具体实施方式如下：分别制备多个闪烁体基元生坯和基元载体生坯，其中，基元载体生坯上开设有多个呈阵列结构排列的凹坑；将闪烁体基元生坯进行烧结，得到闪烁体基元110；将多个闪烁体基元110放置到基元载体生坯的凹坑中，其中，每个闪烁体基元110对应一个凹坑；然后将闪烁体基元110和基元载体生坯置于高温炉中进行烧结，由于在烧结过程中基元载体生坯收缩，凹坑将闪烁体基元110紧紧包裹，每个闪烁体基元110固定在每个凹坑中且部分收容于凹坑中，实现闪烁体基元110和基元载体120的拼接。

作为优选，基元载体120为Lu₂O₃透明陶瓷、Lu₃Al₅O₁₂透明陶瓷、Y₂O₃透明陶瓷、Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷、(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂透明陶瓷、(Y_aLu_bGd_c)₂O₃透明陶瓷、Gd₂O₂S透明陶瓷或(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂透明陶瓷；其中，0<x<1，0<y<1，0<a<1，0<b<1，0<c<1，且a+b+c＝1。上述透明陶瓷容易制备，并具有较高的可见光透过率。

参见图4，为闪烁体阵列的另一实施例的结构示意图。其中，基元载体120为固化胶层。固化胶层是由粘结剂固化后得到。在此方式中，首先制备出多个闪烁体基元110，并将多个闪烁体基元110呈阵列结构排列，然后在多个闪烁体基元110之间填充粘结剂，粘结剂固化后形成基元载体120，由于粘结剂的粘结作用，多个闪烁体基元110拼接于基元载体120上，得到闪烁体阵列100。此方式将基元载体110的制备过程与闪烁体基元110同基元载体120的拼接过程合为一体，简化了闪烁体阵列100的制备步骤，同时，降低了闪烁体阵列100的成本。较佳地，粘结剂为环氧树脂，其具有较好的粘结性和较高的透光率。

作为一种可实施方式，闪烁体基元110和基元载体120之间填充有反射介质。反射介质可以减少光子由于折射引起的损失，提高光提取效率。一般地，反射介质为二氧化钛粉末。在闪烁体阵列100的制备过程中，通常将反射介质混匀在粘结剂中进行填充。

作为一种可实施方式，闪烁体基元110和基元载体120对可见光的透过率均为20％～84％。闪烁体基元110和基元载体120对可见光的透过率越高，闪烁体阵列100的光输出越高，有利于光电倍增管等光子探测设备的高效探测，从而有效地提高包含闪烁体阵列100的探测器的信号处理或高质量成像。

在同一个闪烁体阵列100中，不同闪烁体基元110的材质可以相同，也可以不同。优选地，在同一个闪烁体阵列100中，包含两种以上(含两种)不同材质的闪烁体基元110。需要说明的是，此处的不同材质的闪烁体基元110，是指在同一闪烁体阵列100中，不同的闪烁体基元110的材质不同。例如，当基元载体120为Lu₂O₃时，闪烁体基元110为Lu₂O₃:Ce³⁺基元和Y₂O₃:Pr³⁺基元两种。两种以上不同材质的闪烁体基元110可根据设计要求交错排布在基元载体120上。例如，Lu₂O₃:Ce³⁺基元与Y₂O₃:Pr³⁺基元可呈点状交错排布在基元载体Lu₂O₃上，也可呈列状交错排布在基元载体Lu₂O₃上。此方式能够实现不同种类的闪烁体基元与基元载体的拼接，实现不同的材料优化组合、提高闪烁体阵列100的性能的效果。

本发明的闪烁体阵列100，闪烁体基元110可以由包括陶瓷和激活离子的粉体制备成型，基元载体120可以由陶瓷粉体制备成型，然后通过将闪烁体基元110拼接于基元载体120上形成闪烁体阵列100。制备这种结构的闪烁体阵列100，可以采用粉体材料分别制备闪烁体基元110和基元载体120后再进行拼接，无需像传统闪烁体阵列的制备那样，使用切割设备将固体闪烁体介质进行切割，使基元载体和闪烁体基元一起成型。此外，基元载体120也可以由粘结剂固化而成，粘结剂固化后，将多个闪烁体基元110粘结为一个阵列结构排列的整体，此方式可将基元载体120的制备过程与闪烁体基元110和基元载体120的拼接过程合为一体。

因此，上述闪烁体阵列100的制备无需机械切割，无需购置高精密的切割设备，避免了因切割设备精度不高引起的误差，简化了闪烁体阵列的制备过程，降低了闪烁体阵列的制备成本。

同时，由于闪烁体阵列100的闪烁体基元110和基元载体120可以分开制备，从而可实现不同材质的闪烁体基元110与基元载体120的拼接，得到性能更优异的闪烁体阵列100，而传统的闪烁体阵列的闪烁体基元和基元载体由相同的材料进行切割一体成型，不能实现不同的材料优化组合、提高闪烁体阵列100的性能的效果。

本发明还提供了一种闪烁体阵列的制备方法，可用于制备上述的闪烁体阵列，包括如下步骤：

S100：利用基元制备模具制备多个闪烁体基元生坯，将多个闪烁体基元生坯烧结后，得到多个闪烁体基元。

参见图5，使用基元制备模具200制备闪烁体基元生坯。基元制备模具200包括基元模板210和基元压板220，基元模板210上开设有多个呈阵列结构排列的第一粉体收容腔212，第一粉体收容腔212收容用于制备闪烁体基元的粉体(即基元粉体)；基元压板220用于挤压第一粉体收容腔212中的基元粉体。较佳地，基元压板220上设置有多个呈阵列结构排列的第一凸起222，当基元压板220覆盖在基元模板210上时，保证每个第一凸起222对应一个第一粉体收容腔212。在进行基元粉体压制成型的过程中，每个第一凸起222对应插入到每个第一粉体收容腔212中，将第一粉体收容腔212中的基元粉体压实，利于基元粉体的成型。当制备不同规格的闪烁体基元生坯时，可选择相应规格的基元制备模具200。利用基元制备模具200制备闪烁体基元生坯的过程如下：

按照闪烁体基元的成分配比配制基元粉体；将基元粉体研磨、混匀并干燥后置于第一粉体收容腔212中，将基元压板220覆盖在第一粉体收容腔212上并施加一定压力，将基元粉体压制成型，得到闪烁体基元生坯。

将闪烁体基元生坯置于高温炉中，升温至闪烁体基元的基质组分中熔点较低者熔点温度以下100℃～500℃，保温2～50h后降温，冷却至室温后取出，得到闪烁体基元。

S200：制备基元载体，将多个闪烁体基元呈阵列结构固定在基元载体上，得到闪烁体阵列。

在其中一个实施例中，上述S200包括如下步骤：

S210：利用载体制备模具制备基元载体生坯，制备的基元载体生坯上有多个呈阵列结构排列且与闪烁体基元的大小相匹配的凹坑。

参见图6，使用载体制备模具300制备基元载体生坯。载体制备模具300包括载体模板310和载体压板320，载体模板310上开设有一端开口的第二粉体收容腔312，第二粉体收容腔312收容用于制备基元载体的粉体(即载体粉体)；载体压板320用于挤压第二粉体收容腔312中的载体粉体。并且，载体压板320上开设有多个呈阵列结构排列的第二凸起322，且每个第二凸起322的大小与单个闪烁体基元的大小相匹配。第二凸起322的增加不但有利于基元载体生坯的压制成型，而且得到的基元载体坯上会产生与第二凸起322相对应的呈阵列结构排列的凹坑。当制备不同规格的基元载体生坯时，可选择相应规格的载体制备模具300。利用载体制备模具300制备基元载体生坯的过程如下：

按照基元载体的成分配比配制载体粉体；将载体粉体研磨、混匀并干燥后置于第二粉体收容腔312中，将载体压板320覆盖在第二粉体收容腔312上并施加一定压力，将载体粉体压制成型，得到具有凹坑阵列的基元载体生坯。

S220：分别将多个闪烁体基元置于基元载体生坯的多个凹坑中，每个闪烁体基元对应一个凹坑，得到装配好的闪烁体基元和基元载体生坯。

参见图7，较佳地，多个闪烁体基元通过组合筛选板400导入到基元载体生坯的多个凹坑中。组合筛选板400包括导入板410和底板420，导入板410和底板420配合使用，用于将闪烁体基元按照特定的排列方式导入基元载体生坯中。其中，导入板410上设置有呈阵列结构排列的导入孔412；底板420上设置有多个呈阵列结构排列的第三凸起422。使用时，先将导入板410嵌入到底板420上，此时，部分导入孔412被第三凸起422填充；然后将闪烁体基元填充在剩余的导入孔412中；之后在填充有闪烁体基元的导入板410表面覆盖一层塑料薄膜，将组合筛选板400倒置后置于基元载体生坯上，再将塑料薄膜抽出，轻微晃动组合筛选板400，闪烁体基元在重力作用下下落到基元载体生坯的凹坑中，完成闪烁体基元的导入。

较佳地，导入孔412的阵列结构与基元载体生坯上凹坑的阵列结构相匹配。

上述实施例中，可通过导入孔412的阵列结构和第三凸起422的阵列结构的设计来实现闪烁体基元的阵列排布，同时可实现复合闪烁体基元的阵列组合方式。并且，导入板410的导向作用，大幅度提高了闪烁体基元导入的效率与准确率。

可以理解，在其他实施例中，组合筛选板400可以省略。在进行闪烁体基元的导入时，可直接通过基元模板210将闪烁体基元导入到基元载体生坯上，完成装配过程。

S230：将装配好的闪烁体基元和基元载体生坯进行烧结，基元载体生坯烧结后形成基元载体，多个闪烁体基元拼接于基元载体上，得到闪烁体阵列。

优选地，本步骤中的烧结温度为闪烁体基元、基元载体的基质组分中熔点较低者熔点温度以下100℃～500℃，烧结时间为2～50h。较佳地，将烧结后得到的闪烁体阵列在800℃～1500℃下退火处理2h～50h，可得到性能更优异的闪烁体阵列。

由于基元载体生坯在烧结过程中会出现收缩现象，一般情况下，陶瓷粉体的收缩率(烧结后的体积与烧结前体积之比)为40％～60％。将装配好的闪烁体基元和基元载体生坯进行烧结时，基元载体生坯会收缩，相应的，基元载体生坯上的凹坑也会收缩，而闪烁体基元已经烧结成型，再次烧结时收缩率较小，因此，烧结完成后凹坑将闪烁体基元紧紧包裹在其中，实现闪烁体基元与基元载体的拼接。

因此，步骤S210中的“与闪烁体基元的大小相匹配的凹坑”是指凹坑的尺寸应合理，使得烧结后，凹坑收缩后能够较好地包裹再次烧结后的闪烁体基元，使闪烁体基元固定于凹坑中并部分收容于凹坑中，从而使多个闪烁体基元拼接于基元载体上。

需要说明的是，上述步骤中，闪烁体基元和基元载体的制备顺序可相互调换，也可以同时进行。

当基元载体上存在多个呈阵列结构排列的凹坑，且闪烁体基元的收缩率小于基元载体的收缩率时，可采用如下方法进行制备闪烁体阵列：首先制备出多个闪烁体基元生坯和基元载体生坯，将多个闪烁体基元生坯直接置于基元载体生坯的凹坑中(注：此步骤中多个闪烁体基元生坯和基元载体生坯均不烧结)；将组装好的多个闪烁体基元生坯和基元载体生坯置于高温炉中进行烧结得到闪烁体阵列。在多个闪烁体基元生坯和基元载体生坯同时烧结后，由于基元载体的收缩率较大，基元载体上的凹坑可将闪烁体基元紧紧包裹，实现闪烁体基元和基元载体的拼接。

作为另一种实施方式，上述S200包括如下步骤：

S210＇：将多个闪烁体基元呈阵列结构排列，然后在多个闪烁体基元之间填充粘结剂。

具体的，可利用组合筛选板将多个闪烁体基元排布为阵列结构，再将其导入到合适的容腔中；然后将粘结剂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙。

S220＇：粘结剂固化后形成基元载体，多个闪烁体基元拼接于基元载体上，得到闪烁体阵列。由于粘结剂具有较高的粘结强度，固化后，将多个闪烁体基元粘结为一体。作为优选，粘结剂为环氧树脂，其具有较好的粘结性和较高的透光率。

较佳地，在多个闪烁体基元之间填充粘结剂时，可同时填充反射介质，以增强闪烁体阵列的对光的提取效率。其中，反射介质可以与粘结剂混合后填充，反射介质的填充量根据具体的工艺要求而定。

该闪烁体阵列的制备方法，将基元载体的制备过程与闪烁体基元和基元载体的拼接过程合为一体，简化了闪烁体阵列的制备步骤，降低了闪烁体阵列的制备成本；同时，无需机械切割，因此，无需购置切割装置，提高了制备效率，进一步降低了制备成本。

需要说明的是，在进行闪烁体基元和基元载体的拼接时，可将同一种类的闪烁体基元(同一闪烁体阵列的不同闪烁体基元的材质相同)拼接到同一基元载体上，得到单一闪烁体阵列；也可将不同种类的闪烁体基元(同一闪烁体阵列的不同闪烁体基元的材质不同)拼接到同一基元载体上，得到复合闪烁体阵列。不同种类的闪烁体基元与基元载体的拼接，可实现不同的材料优化组合、提高闪烁体阵列的性能的效果。

上述闪烁体阵列的制备方法，将闪烁体基元和基元载体分开制备，并将二者拼接得到闪烁体阵列，制备过程简单，无需机械切割，因此，无需购置切割装置，提高了制备效率，降低了制备成本；同时，可实现不同材质的闪烁体基元和基元载体的自由拼接，制备出性能更优异的闪烁体阵列。

为了更好地理解本发明，下面通过具体的实施例对本发明闪烁体阵列的制备方法进一步说明：

实施例1

(1)闪烁体基元的制备

闪烁体基元的基质为Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷，激活离子为Pr³⁺，且Pr³⁺的掺杂量为基质摩尔量的0.15％。

制备过程如下：按照闪烁体基元的成分配比配制基元粉体；将基元粉体研磨、混匀并干燥；选择合适的基元制备模具，将干燥后的基元粉体置于第一粉体收容腔中；将基元压板覆盖在第一粉体收容腔上，施加一定压力，得到多个闪烁体基元生坯。每个闪烁体基元生坯的密度为2.8g/cm³；将多个闪烁体基元生坯置于高温炉中，在1750℃下烧结2h，冷却后取出，得到多个闪烁体基元。

(2)基元载体生坯的制备

本实施例中，基元载体选用Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷；按照基元载体的成分配比配制载体粉体；将载体粉体研磨、混匀并干燥；选择合适的载体制备模具，将干燥后的载体粉体置于第二粉体收容腔中，将载体压板覆盖在第二粉体收容腔中，施加一定压力，得到含有多个呈阵列结构排列的凹坑的基元载体生坯，基元载体生坯的密度为2.5g/cm³。需要说明的是，本实施例中的载体压板上设置有多个呈阵列结构的凸起。

(3)拼接

将多个闪烁体基元导入到基元载体生坯上的多个凹坑中，保证每个闪烁体基元对应一个凹坑；将装配好的闪烁体基元与基元载体生坯置于高温炉中，在1750℃下烧结20h，冷却后取出；再于1200℃下进行退火20h；最后在基元载体上的多个闪烁体基元之间填充含有反射介质的粘结剂，固化后得到所需的闪烁体阵列。

在得到的闪烁体阵列中，闪烁体基元和基元载体对可见光的透过率均为80％。每个闪烁体基元的密度为4.5g/cm³，每个闪烁体基元的横截面为1mm²的正方形，每个闪烁体基元的高度为3mm。基元载体的密度为4.5g/cm³，厚度为2mm，并开设有多个呈阵列结构排列的凹坑，阵列结构为正方形；单个凹坑的横截面为1mm²的正方形，凹坑的深度为2mm，相邻两个凹坑之间的距离为0.2mm。

实施例2

(1)闪烁体基元的制备

闪烁体基元的基质为Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷，激活离子为Ce³⁺，且Ce³⁺的掺杂量为基质摩尔量的0.00005％。

制备过程如下：按照闪烁体基元的成分配比配制基元粉体；将基元粉体研磨、混匀并干燥；选择合适的基元制备模具，将干燥后的基元粉体置于第一粉体收容腔中；将基元压板覆盖在第一粉体收容腔上，施加一定压力，得到多个闪烁体基元生坯。每个闪烁体基元生坯的密度为2.8g/cm³；将多个闪烁体基元生坯置于高温炉中，在1700℃下烧结10h，冷却后取出，得到多个闪烁体基元。

(2)基元载体的制备及闪烁体基元的拼接

将多个闪烁体基元按照设计要求排布为阵列结构，具体的，可利用组合筛选板将多个闪烁体基元排布为阵列结构，再导入到底部平整的容腔中；然后将含有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，得到所需的闪烁体阵列。在本实施例中，基元载体为固化后的环氧树脂。

为了实现闪烁体基元与基元载体的可靠连接，在进行填充时，提高环氧树脂的比例，增强其粘结强度。

在得到的闪烁体阵列中，闪烁体基元对可见光的透过率为70％。每个闪烁体基元的密度为4.5g/cm³，每个闪烁体基元的横截面为0.5mm²的正方形，每个闪烁体基元的高度为1mm。

实施例3

(1)闪烁体基元的制备

闪烁体基元的基质选取(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂(0<x<1，0<y<1)透明陶瓷，激活离子为稀土离子Ce³⁺，Ce³⁺的掺杂量为基质摩尔量的10％。

制备过程如下：按照闪烁体基元的成分配比配制基元粉体；将基元粉体研磨、混匀并干燥；选择合适的基元制备模具，将干燥后的基元粉体置于第一粉体收容腔中，将基元压板覆盖在第一粉体收容腔上，施加一定压力，得到多个闪烁体基元生坯。每个闪烁体基元生坯的密度为3-5g/cm³；将多个闪烁体基元生坯置于高温炉中，在1500℃下烧结2h，冷却后取出，得到多个闪烁体基元。

(2)基元载体生坯的制备

本实施例中，基元载体选用Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷。

按照基元载体的成分配比配制载体粉体；将载体粉体研磨、混匀并干燥；选择合适的载体制备模具，将干燥后的基元粉体置于第二粉体收容腔中；将载体压板覆盖在第二粉体收容腔中，施加一定压力，得到含有多个呈阵列结构排列的凹坑的基元载体生坯。基元载体生坯的密度为2.5g/cm³。需要说明的是，本实施例中的载体压板上设置有多个呈阵列结构的凸起。

(3)拼接

将多个闪烁体基元导入到基元载体生坯上的多个凹坑中，保证每个闪烁体基元对应一个凹坑；将装配好的闪烁体基元与基元载体生坯置于高温炉中，在1700℃下烧结50h，冷却后取出，得到所需的闪烁体阵列。

在得到的闪烁体阵列中，闪烁体基元和基元载体对可见光的透过率均超过50％。每个闪烁体基元的密度为4.5g/cm³；每个闪烁体基元均为圆柱体，其中，圆柱体的横截面积为0.8mm²，高度为4mm。基元载体的密度为4.5g/cm³，厚度为2mm，并开设有多个呈阵列结构排列的凹坑，阵列结构为正方形；单个凹坑的横截面为圆形，横截面积为0.8mm²，凹坑的深度为2mm，两个相邻凹坑之间的距离为0.3mm。

实施例4

(1)闪烁体基元的制备

闪烁体基元为两种。

第一种：基质：(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂(0<x<1，0<y<1)透明陶瓷；激活离子：稀土离子Ce³⁺，掺杂量为基质摩尔量的0.1％；

第二种：基质：(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂(0<x<1，0<y<1)透明陶瓷；激活离子：稀土离子Pr³⁺，掺杂量为基质摩尔量的0.2％；

制备过程如下：按照两种闪烁体基元的成分配比配制基元粉体；分别将两种基元粉体研磨、混匀并干燥；选择合适的基元制备模具，将两种干燥后的基元粉体分别置于第一粉体收容腔中；将基元压板覆盖在第一粉体收容腔上，施加一定压力，得到两种闪烁体基元生坯。其中，两种闪烁体基元生坯的密度均为3-5g/cm³；将两种闪烁体基元生坯置于高温炉中，在1500℃下烧结2h，冷却后取出，得到两种闪烁体基元。

(2)基元载体生坯的制备

本实施例中，基元载体选用Y₂O₃透明陶瓷。

按照基元载体的成分配比配制载体粉体；将载体粉体研磨、混匀并干燥；选择合适的载体制备模具，将干燥后的基元粉体置于第二粉体收容腔中；将载体压板覆盖在第二粉体收容腔中，施加一定压力，得到含有多个呈阵列结构排列的凹坑的基元载体生坯，基元载体生坯的密度为3g/cm³。需要说明的是，本实施例中的载体压板上设置有多个呈阵列结构的凸起。

(3)拼接

按照设计要求将两种闪烁体基元导入到基元载体生坯的凹坑中，保证每个闪烁体基元对应一个凹坑；将装配好的闪烁体基元与基元载体生坯置于高温炉中，在1700℃下烧结10h，冷却后取出；再于1000℃下进行退火30h；最后在闪烁体基元和基元载体之间填充含有反射介质的粘结剂，固化后得到所需的闪烁体基元。

在得到的闪烁体阵列中，闪烁体基元和基元载体对可见光的透过率均超过30％。每个闪烁体基元的密度为6-9g/cm³，每个闪烁体基元的横截面为0.6mm²的正方形，每个闪烁体基元的高度为2mm。基元载体的密度为5.01g/cm³，厚度为2mm，并开设有多个呈阵列结构排列的凹坑，阵列结构为菱形；单个凹坑的横截面为0.6mm²的正方形，凹坑的深度为1mm，相邻两个凹坑之间的距离为0.15mm。

实施例5

(1)闪烁体基元的制备

每个闪烁体基元包含两种透明陶瓷：(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂(0<x<1，0<y<1)透明陶瓷和(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂(0<x<1，0<y<1)透明陶瓷；两种基质中的激活离子均为稀土离子Ce³⁺，掺杂量均为相应基质摩尔量的1％。

闪烁体基元的制备过程如下：按照闪烁体基元的两种基质及激活离子的成分配比分别配制两种基元粉体；将两种基元粉体分别研磨、混匀并干燥；选择合适的基元制备模具，将干燥后的两种基元粉体分别置于第一粉体收容腔中，其中，将(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂:Ce基元粉体置于第一粉体收容腔的底层，将(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂:Ce基元粉体置于(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂:Ce基元粉体之上；将基元压板覆盖在第一粉体收容腔上，施加一定压力，得到含有两种材质的闪烁体基元生坯。将得到的闪烁体基元生坯置于高温炉中，在1500℃附近烧结50h，冷却后取出，得到多个闪烁体基元。

(2)基元载体的制备及闪烁体基元的拼接

将步骤(1)得到的多个闪烁体基元按照设计要求排布为阵列结构，具体的，可利用组合筛选板将多个闪烁体基元排布为阵列结构，再导入到合适的容腔中；然后将含有反射介质的环氧树脂灌入多个闪烁体基元之间的缝隙，最后进行固化，得到所需的闪烁体阵列。在本实施例中，基元载体为固化后的环氧树脂。

在得到的闪烁体阵列中，闪烁体基元对可见光的透过率为30％。每个闪烁体基元的横截面为1.5mm²的正方形，每个闪烁体基元的高度为3mm。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种闪烁体阵列，其特征在于，包括基元载体和多个闪烁体基元，所述多个闪烁体基元呈阵列结构拼接在所述基元载体上；

每个所述闪烁体基元包括基质和掺杂于所述基质中的激活离子，所述闪烁体基元的材质为由包括陶瓷粉体和所述激活离子的材料烧结而成的陶瓷；

所述基元载体的材质为陶瓷；

所述基元载体上开设有多个呈阵列结构排列的凹坑，每个所述凹坑的大小与每个所述闪烁体基元的大小相匹配，每个所述闪烁体基元在由所述包括所述陶瓷粉体和所述激活离子的材料烧结而成后再被固定在每个所述凹坑中，且每个所述闪烁体基元部分收容于每个所述凹坑中。

2.根据权利要求1所述的闪烁体阵列，其特征在于，所述基质的材质为Lu₂O₃透明陶瓷、Lu₃Al₅O₁₂透明陶瓷、Y₂O₃透明陶瓷、Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷、(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂透明陶瓷、(Y_aLu_bGd_c)₂O₃透明陶瓷、Gd₂O₂S透明陶瓷及(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂透明陶瓷中的一种或几种；

所述激活离子选自Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Sm³⁺、Eu²⁺、Dy²⁺、Ho²⁺、Er²⁺、Tm²⁺、Ti²⁺、Cr²⁺及Mn²⁺中的一种；

其中，0<x<1，0<y<1；0<a<1，0<b<1，0<c<1，且a+b+c＝1；所述激活离子的摩尔量为所述基质的摩尔量的0.00005％～10％。

3.根据权利要求1所述的闪烁体阵列，其特征在于，所述基元载体的材质为Lu₂O₃透明陶瓷、Lu₃Al₅O₁₂透明陶瓷、Y₂O₃透明陶瓷、Y₃Al₅O₁₂透明陶瓷、(Gd_xLu_1-x)₃(Al_yGa_1-y)₅O₁₂透明陶瓷、(Y_aLu_bGd_c)₂O₃透明陶瓷、Gd₂O₂S透明陶瓷或(Ca_xMg_1-x)₃(Sc_yLu_1-y)₂Si₃O₁₂透明陶瓷；

其中，0<x<1，0<y<1；0<a<1，0<b<1，0<c<1，且a+b+c＝1。

4.根据权利要求1所述的闪烁体阵列，其特征在于，每个所述闪烁体基元的横截面积为0.5mm²～1.5mm²，每个所述闪烁体基元的高度为1mm～4mm；

相邻的两个所述闪烁体基元的间距为0.1mm～0.3mm；

所述基元载体的厚度为1mm～4mm。

5.根据权利要求1所述的闪烁体阵列，其特征在于，同一个闪烁体阵列中，包含两种以上不同材质的闪烁体基元。

6.根据权利要求1所述的闪烁体阵列，其特征在于，所述基元载体的密度为4g/cm³～10g/cm³，所述闪烁体基元的密度为2g/cm³～10g/cm³。

7.根据权利要求1所述的闪烁体阵列，其特征在于，所述闪烁体基元和所述基元载体对可见光的透过率均为20％～84％。

8.根据权利要求1所述的闪烁体阵列，其特征在于，所述凹坑的深度为1mm～2mm。

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