CN109991648A - 一种制作闪烁体阵列的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种基于闪烁体片制作闪烁体阵列的方法。其特征在于，不需要直接切割出闪烁体条，也不需要对由原始闪烁体切割出来的闪烁体片进行专门的抛光处理，但是需要切割出特定厚度的闪烁体片，并对其表面进行清洁处理，还需要使用特定直径或厚度的隔离物。其涉及的主要工序包括三次的切割工序、两次的叠片胶合工序和一次的反光胶包覆工序。其中，闪烁体片是自下而上地叠放，彼此被隔离物和反光胶粘剂隔开，并且是整体胶合的；闪烁体阵列的侧面和底面上包覆的特定厚度的反光胶粘剂也是一次性固化的。本发明公开的制作闪烁体阵列的方法，不仅工艺简单、易于操作，而且制作出来的闪烁体阵列不含隔离物异物，闪烁体条形状大小相同，缝隙宽度一致，分布整齐对称。
Description
技术领域
本发明涉及闪烁体材料和闪烁探测器件领域，特别是涉及一种高能射线成像用闪烁体阵列的制作技术方法。
背景技术
闪烁体是一种在高能粒子或射线（X射线、γ射线、中子等）照射下能够发出脉冲光的功能材料。闪烁体不仅包括闪烁晶体，还包括闪烁玻璃、闪烁陶瓷以及塑料闪烁体等，其中，无机的闪烁晶体使用最为普遍，包括掺铊的碘化钠（NaI:Tl）、掺铊的碘化铯（CsI:Tl）、锗酸铋（Bi4Ge3O12，BGO）、掺铈的硅酸钇镥（(Lu,Y)2SiO5:Ce，LYSO）、钨酸镉（CdWO4，CWO）、氟化钡（BaF2）、掺铈的氯化镧（LaCl3:Ce）、掺铈的溴化镧（LaBr3:Ce）、掺铈的六氯化钇锂二铯（Cs2LiYCl6:Ce，CLYC）等闪烁晶体。
闪烁体可以用来探测和识别放射X射线、γ射线或其它高能射线照射的核辐射源，如各种天然放射性同位素、人工放射性同位素、以及各种加速器装置，并对它们的能量和放射性活度进行精确测量。闪烁体也可以利用这些高能辐射与不同物质作用的特性差异，制造高新技术装备，服务于国防科技、工业、医疗、安全等行业。
闪烁体可以加工成各种形状和大小，便于与不同种类和大小的光探测器件匹配，包括光电倍增管、光电二极管、雪崩二极管等光探测器件，以及多阳极光电倍增管、多像素光子计数器（MPPC）或硅光电倍增管（SiPM）等阵列式光探测器件，以适用各种核辐射测量及相关核技术应用。
闪烁体阵列，特别是由小尺寸的闪烁晶体条构成的闪烁晶体阵列，应用日渐广泛。例如，医用XCT、PET、PET/CT、γ相机，以及工业CT，包括行李及货物X光安检机、CT型行李/物品检查系统、集装箱/车辆检查系统等高能辐射成像设备都使用了不同的闪烁体阵列。
闪烁体阵列可以认为是由一些闪烁体条在一维或二维方向均匀排布而成，并且相邻闪烁体条之间的缝隙内填充有不透光的物质，目的是防止闪烁体条的光串扰到相邻闪烁体条。其中，缝隙填充物大多对闪烁光具有较高反光率的特性，不仅可以有效地阻止不同闪烁体条间的光串扰，还可以有效提高光收集效率。
使用较为普遍的闪烁体阵列是单层的闪烁体阵列，即由若干尺寸相同的闪烁体条均匀排布并被反光材料隔离开来的闪烁体阵列，闪烁体条一般为长方体，长度介于5mm~50mm，厚度约0.5mm~10mm，闪烁体条之间的缝隙介于0.05mm~2mm。除与光探测器件耦合的出光面以外，闪烁体阵列的其它表面都要涂覆反光材料。反光材料一般为具有粘接强度的反光胶粘剂，或者为反光粉与光学胶粘剂的混合物。闪烁体阵列中闪烁体条的具体尺寸及其缝隙的大小，取决于影像设备的设计要求及所用光探测器件的种类与尺寸。
不同的辐射成像设备所采用的闪烁体阵列不尽相同，但不论闪烁体阵列的尺寸、大小如何，都希望闪烁体条的排布不仅在几何结构上是均匀的或者说是规则的，而且希望物理性质也是均匀分布的，以满足影像设备对空间分辨率、灵敏度、均匀性等方面的要求。任何对几何结构和物理性能的对称性和均匀性的破坏，都会劣化这些影像设备的性能参数。此外，如果闪烁体阵列是与阵列式光探测器件，如多阳极PMT或SiPM，通过光学级耦合在起来使用的，则还要求闪烁体阵列与阵列式光探测器件在面阵上具有很高的匹配程度。
目前，闪烁体阵列的制作方法可归结为三类。一类方法是基于单个闪烁体条的排布方法。例如，一项授权发明专利《造影成像探测器闪烁晶体阵列及其制造方法》（公告号：CN103777225B）公开了一种闪烁晶体阵列的制造方法。其特点是先将闪烁晶体条两两胶合起来成为2拼组装，并烘干固化，然后再将2拼组装两两胶合成为4拼组装，并烘干固化，进而将4拼组装两两胶合成为8拼组装，以此类推进行16拼组装，……，最后便得到闪烁晶体阵列。该方法需要先加工出闪烁晶体条，并进行多次的胶合和加热固化，工序较繁琐，如果大量制作由很多闪烁晶体条构成的闪烁晶体阵列的时候，将耗费大量的人力和时间，而且难以避免出错，因而生产成本较高。又例如，一项美国专利“Scintillator array and amethod of constructing the same”（公开号：US2010/0127180A1）和一项尚未授权的中国专利《一种高能射线探测器用闪烁晶体阵列装置及其生产工艺》（公开号：CN201510691966.9）同样也公开了一种由单独的闪烁晶体条制作闪烁晶体阵列的工艺方法。它们的特点是先制作一个用于安放闪烁晶体的所谓“基础固定板”，该基础固定板内设置阵列式的凹沉槽，用于安放闪烁晶体条。该方法能提高了闪烁晶体条组装的效率，但定位精度难以保证。
第二类方法是将闪烁体整体切割成阵列的方法。例如，一项尚未授权的发明专利《反射材、闪烁体阵列、闪烁体阵列的制造方法和放射线检测器》（公布号：CN201610149721.8）公开了一种闪烁体阵列的制作方法，即将闪烁晶体进行纵横切割，但不切割透，以形成格子状的沟槽和由位置固定的闪烁晶体条构成的阵列，然后对阵列式排列的各闪烁晶体条进行表面抛光处理，再在各闪烁晶体条间隙进行反光材料的镀膜或填充处理。另一项已被视为撤回的专利《一种γ射线探测器晶体阵列的制作方法》（公开号：CN201110031469.8）也公开了一种将闪烁晶体整体切割成阵列的方法，其不同点在于，该专利先将原始的闪烁晶体切割形成整块的矩形原始闪烁晶体块并进行表面抛光处理，然后在原始闪烁晶体块的下表面粘接一块光导介质，再对原始闪烁晶体块进行切割以形成闪烁晶体条阵列。该类制作闪烁体阵列的方法有两个缺点。一是闪烁体阵列的缝隙宽度受制于切割的刀具，一般难以实现0.1mm以下，甚至0.3mm以下宽度缝隙的闪烁晶体阵列制作。二是制作或切割过程中任意一个闪烁晶体条断裂都将导致闪烁体阵列制作的失败，使整个闪烁晶体块报废。闪烁晶体条越小，长度越长，断裂的几率就越大。因此，该类方法对于制作由很多个闪烁晶体条构成的闪烁晶体阵列制作来说，技术风险太大，成本较高。
还有一类基于闪烁体片制作阵列的方法，其特点是，先将闪烁体片粘接起来并固化，然后在沿垂直于闪烁体片大面的方向切割成夹心晶片，再将夹心闪烁体片粘接起来并固化，便成为闪烁体阵列模块。例如，一项美国发明专利“Production method for makingposition-sensitive radiation detector arrays”（公告号：US6956214）和一项中国发明专利《闪烁体探测器晶体阵列的制造方法》（公告号：CN103376459B）都公开了一种由闪烁晶体片制作闪烁晶体阵列的方法。它们的共同点是，使用规则的与闪烁晶体条等长的闪烁晶体片以及液体胶、反射膜，通过液体胶将闪烁晶体片与反射膜交替粘接起来，然后用模具对闪烁晶体片进行挤压以达到相应的尺寸要求。此外，它们还有一个共同点是，闪烁晶体片都是竖放的，即闪烁晶体片的大面是与水平面垂直的，比较容易倾倒或倾斜。
美国专利US6956214存在闪烁晶体片在被挤压的过程较容易发生倾斜而致闪烁晶体片之间不平行，进而使阵列中相应的晶体条出现较大的定位误差。为解决这一问题，中国专利CN103376459B在闪烁晶片上设置了由液体胶固化而成的并与反射膜具有相同厚度的凸块或定位块，在一定程度上缓解了美国专利的问题，但并没有彻底解决问题，而且还派生出了一些新的问题或困难。由于凸块或定位块与反射膜在反光效果上的差异较大，它们的存在会导致闪烁晶体阵列出现发光不均匀性。这些凸块或定位块在闪烁晶体片胶合之前，需要预先涂覆并固化在闪烁晶体片上，并控制液体胶固化后的厚度与面积，不仅耗时而且风险较大。此外，如果反射膜厚度较小而阵列的缝隙宽度较大时，所述方法的效果将大打折扣，甚至与美国专利的效果没有明显差异。
发明内容
为克服了上述专利的缺点，解决其实施中出现的问题，本发明公开了一种新的基于闪烁体片的制作闪烁体阵列方法。该方法不仅简单快速、易于操作，成本较低，而且可保证阵列中的所有闪烁体条形状大小相同，缝隙宽度一致，分布整齐对称。
针对具有代表性的闪烁体阵列，即由M×N个尺寸为w（长）×w（宽）×h（高）的闪烁体条均匀分布的、缝隙宽度为a的M（行）×N（列）闪烁体阵列，并且缝隙内都填充有反光材料，四个侧面和底面也都包覆有反光材料，厚度分别为b和c。其中，参数M和N，以及参数a、b和c，可以为相同的值，也可以为不同的值。本发明提供了一种基于闪烁体片进行快速而有效地制作闪烁体阵列的方法。其特征在于，不需要直接切割出闪烁体条，也不需要对从原始闪烁体上切割出来的闪烁体片进行专门的抛光处理，但是需要切割出特定厚度的闪烁体片，并对其表面进行清洁处理，还需要使用特定直径或厚度的隔离物。其涉及的工序主要包括三次切割工序、两次叠片胶合工序和一次反光胶包覆工序。
该制作方法的一般步骤如下：
步骤一，选择或将闪烁体毛坯加工成大小适当、形状规则的原始闪烁体，例如长方体、正方体或圆柱体状闪烁体，使用切割机床从原始闪烁体中切割出厚度为w的闪烁体片。切割机床可以是精密的内圆切割机床、线切割机床、外圆切割机床、多刀切割机床、或多线切割机床等。切割刀片或砂线应进行优选，使切割出来的闪烁体片的表面粗超度小于3.2μm，甚至可能小于0.8μm，而且厚度的偏差小于0.01mm，甚至小于0.005mm。
步骤二，根据待制作的闪烁体阵列的缝隙a的大小，采用合适的方法将N个厚度为w的闪烁体片自下而上地重叠起来，用反光胶粘剂胶合成夹心闪烁体，闪烁体片之间用厚度相同的隔离物隔开。
对于闪烁体阵列缝隙a小于0.1mm，甚至小于0.3mm的阵列，可采用先布胶后叠片的办法，即首先在第一块闪烁体片的上表面布反光胶粘剂，然后放置隔离物，接着叠放第二块闪烁体片，在其上表面布反光胶粘剂后放置隔离物，如此依次叠放完N块闪烁体片后，叠片结束，然后压实后一次性使反光胶粘剂固化。
对于缝隙宽度a不小于0.3mm的阵列，可采用先叠片再灌胶后的办法，即N块闪烁体片与隔离物是交替叠放后叠片结束，然后将反光胶粘剂灌满N块闪烁体片间的缝隙，然后压实后一次性使胶固化。
闪烁体片之间夹持的隔离物，应靠近闪烁体片的边缘。隔离物的数量和放置位置，应确保闪烁体片在受到垂直方向的压力时不会产生倾斜。隔离物的长度以不露出闪烁体片为宜。
作为隔离物使用的，可以是铝、铜等材质或这玻璃、陶瓷或硬质塑料等材质的金属丝、长方条或薄膜，并且沿长度方向的尺寸公差小于0.01mm，甚至小于0.005mm，其直径或厚度不大于a-0.01mm，甚至不大于a-0.005mm。
闪烁体片的胶合，即涂覆在闪烁体片上或灌入闪烁体片间的反光胶粘剂的固化，是借助于特制的夹具一次完成的。夹具的材质可以是聚四氟乙烯、尼龙、PEEK、其它硬质塑料、铝合金、不锈钢和其它金属。其中，叠片胶合用的夹具在X、Y、Z三个方向都安装有多个螺杆，螺杆前面安放有垫块或挡板，旋动螺杆可压紧垫块或挡板以保证闪烁体片的间距。夹具上可安装千分尺，用于检测和调整螺杆的旋今为止。必要时还可借助于放大镜甚至显微镜。
步骤三，切割闪烁体片相类似，使用切割机将夹心闪烁体切割成M块厚度为w的夹心闪烁体片，切割方向垂直于闪烁体片的大表面。
步骤四，与步骤二类似，将M个厚度为w的夹心闪烁体片用反光胶粘剂和隔离物叠片胶合，成为闪烁体条聚集体。需要注意的是，夹心闪烁体片之间的隔离物被放置在尚未被切割的那个方向，即与闪烁体片之间的隔离物放置方向垂直的方向。
需要指出的是，步骤四和步骤二的叠片胶合都是一次完成的，也是借助于特制的夹具完成的。
至此，经过两次切割后隔离物已被全部切除。其中，胶合在夹心闪烁体中的隔离物是在第二次切割中除去的，胶合在闪烁体条聚集体中的隔离物是在第三次切割中除去的。
步骤五，将闪烁体集合沿高度方向切割成长度h的闪烁体阵列模块。
步骤六，对闪烁体阵列模块的四个侧面和底面包覆反光胶粘剂，厚度分别为b和c，并进行一次性固化，而且是借助于特制的内壁涂有脱模剂的模具完成的。模具包括有底座、侧板和顶盖，它们的上面都安装有定位螺钉和拆卸用的螺孔，模具顶盖上还带有多个细孔，用于排除多余的胶液以及真空排泡。模具的材质可以是聚四氟乙烯、尼龙、PEEK、其它硬质塑料、铝合金、不锈钢和其它金属。模具内腔的截面长和宽可用代数式表为[M·w＋(N-1)·a＋2b]和[N·w+(M-1)·a＋2b]。
步骤七，必要时，对闪烁体阵列模块的上表面，即出光面，进行研磨、抛光处理，便得到所需的闪烁体阵列。
本发明的闪烁体阵列制作方法涉及的闪烁体片和夹心闪烁体片，并不要求进行研磨和抛光处理，但在叠片前应用清洁剂除去附着在表面上的切削液和其它异物，清洁其表面。清洁剂可以是无水乙醇、丙酮、汽油等中的一种或多种。当然，本发明不排斥对闪烁体片或夹心闪烁体片进行研磨抛光处理，不过切割片的厚度应该更大一些，以确保经过研磨和抛光处理后其厚度仍然能够满足要求。
本发明实施例用于缝隙填充和表面包覆的反光胶粘剂，是一种对闪烁光具有很高反射率的双组分胶粘剂，完全固化后的硬度大于邵氏60D，甚至大于邵氏80D，反光率大于80%，甚至大于90%。
较典型的反光胶粘剂，是一种由高反光率的超细钛白粉末、超细硫酸钡粉末、超细氧化镁粉末、超细氧化锌粉末、超细聚四氟乙烯粉末中的一种或多种的混合物，粉末颗粒度小于5μm，甚至小于1μm，与低粘度高透光率的光学环氧树脂，动力学粘度小于4000cP，甚至小于1000cP，按适当比例配制而成。反光胶粘剂一般可在数小时内完全固化，最慢不超过2天。
本发明的实施也不排斥使用反光膜来代替所述的反光胶粘剂，不过，反光膜应与光学胶粘剂一起使用。
本发明所述的闪烁体不仅包括闪烁晶体，还包括闪烁玻璃和闪烁陶瓷以及塑料闪烁体等。这里提及的闪烁晶体，可以是无吸湿性的氧化物类闪烁晶体，例如BGO、LYSO、CWO等晶体，也可以是具有明显吸湿性的卤化物类闪烁晶体，例如NaI:Tl、LaCl3:Ce、LaBr3:Ce、CLYC等晶体。
此外，为了降低对价格昂贵的闪烁体材料的浪费，降低成本，可以对原始闪烁体粘接其它硬质物体的办法来增大其尺寸，从而将隔离物的位置从闪烁体材料上挪到替代材料上。
与现有的闪烁体阵列制作技术相比，本发明公开的技术方案具有工艺简单、容易操作、成本低的特点，并且闪烁体阵列成品具有很好的几何学均匀性，即闪烁体条形状大小相同、分布整齐对称，缝隙填充和表面包覆致密均匀，从而使闪烁体阵列具有较高的光输出、较低的光串扰以及有较佳的位置分辨。
附图说明
为了清楚地说明本发明实施例中的技术方案，给出了一些实施例和工艺流程示意图。这些实施例和流程示意图，不应理解为是对本发明的限制。
图1为闪烁体阵列00的结构和闪烁体条的01尺寸示意图。闪烁体阵列00由M×N个闪烁体条001组成，闪烁体条的尺寸为w（长）×w（宽）×h（高）其间的缝隙内填充厚度为a的发光材料02，四个侧面填充有厚度为b的反光材料004，底面包覆后厚度为c的发光材料005。其中，参数M和N为整数，参数a、b和c可以相等，也可以不相等。
图2给出了实施例1和2的工艺流程图，展示了六个主要步骤。其特点是采用外圆切割机床将长方体状闪烁晶体200，切割成若干特定厚度的闪烁晶体片201（步骤一），然后将闪烁晶体片201进行叠片胶合为夹心闪烁晶体210（步骤二），接着垂直于叠合面切割夹心闪烁晶体210得到若干夹心闪烁晶体片202（步骤三），进而将夹心闪烁晶体片202进行叠片胶合为闪烁晶体条聚集体220（步骤四），然后将闪烁晶体条聚集体220切割为闪烁晶体阵列模块230（步骤五），步骤六对闪烁晶体阵列模块230的侧面和底面包覆反光胶粘剂而成为所需的闪烁晶体阵列240。
图3为给出了实施例1和2的步骤二B2和步骤四中有关闪烁晶体片301与隔离物306，以及含反光胶粘剂303的夹心闪烁晶体片302和与隔离物307的放置位置示意图。
图4给出了实施例3和4的工艺流程图，也展示了六个主要步骤。其特点是采用内圆切割机床将圆柱体状闪烁晶体400，切割成若干特定厚度的闪烁晶体片401（步骤一），然后将闪烁晶体片401进行叠片胶合为夹心闪烁晶体410（步骤二），接着垂直于叠合面切割夹心闪烁晶体410得到若干夹心闪烁晶体片402（步骤三），进而将夹心闪烁晶体片402进行叠片胶合为闪烁晶体条聚集体420（步骤四），然后将闪烁晶体条聚集体420切割为闪烁晶体阵列模块430（步骤五），步骤六对闪烁晶体阵列模块430的侧面和底面包覆反光胶粘剂而成为所需的闪烁晶体阵列440。
图5为给出了实施例3和4的步骤二D2和步骤四中有关闪烁晶体片501与隔离物506，以及含反光胶粘剂503的夹心闪烁晶体片502和与隔离物507的放置位置示意图。
具体实施例
下面给出的是本发明的一部分实施例，它们并不是本发明的全部实施例。实施例还可以是其它的闪烁体，例如，锂玻璃闪烁体、BC-404塑料闪烁体、EJ-204塑料闪烁体、GOS闪烁陶瓷、GAGG类晶体、CLYC晶体等许多透明的闪烁体材料。实施例，并不是对本发明的限制。
实施例1
制作8×8 BGO闪烁晶体阵列。其中，晶体条的尺寸为5.20mm（长）×5.20mm（宽）×20.00mm（高），晶体条之间的缝隙宽度为0.88mm，晶体阵列的四周和底面包覆0.90mm厚度的反光胶，晶体条之间的缝隙内填充0.88mm的反光胶粘剂。原始BGO晶体为立方体，尺寸为55mm（长） ×55mm（宽） ×22mm（高）。阵列制作工艺流程，可参见图2。
制作步骤：
步骤一，用外圆切割机床对原始BGO晶体进行切片，水作为切削液，刀片厚度为0.65mm，切割出厚度为5.20mm的晶体片，尺寸为55mm×5.20mm×22mm，共8片。将晶体片用无水乙醇清洗干净。
步骤二，将BGO晶体片水平放置在特制夹具的聚四氟乙烯垫块上，在长度方向靠近晶体片边缘各放一条玻璃条，玻璃条的大小为1.5mm×0.88mm×47mm。接着，平放另一块晶体片并与下方的晶体片对齐，然后压实，两晶体片之间的距离严格为0.88mm。同样地，在上面放两条同样大小的玻璃条，……，如此依次放置好8片晶体片。
然后在最上面的晶体片上放置另一块聚四氟乙烯垫块，旋进夹具上的螺杆，压紧晶体片，期间用千分尺监测厚度。将夹具倾斜，往晶片间的缝隙内灌入调配好的反光胶粘剂，进行真空排泡，并清除掉粘附在晶体片和夹具上的多余的胶液，然后静置使胶粘剂固化。待胶粘剂完全固化后，去除夹具便得到带夹心BGO晶体，尺寸大小为52mm×47.8mm×22mm。
步骤三，用外圆切割机对夹心BGO晶体进行切片，与步骤2类似，可得到8片夹心BGO晶体片，用无水乙醇清洗夹心BGO晶体片，并烘干。切割时，应将两端含有的玻璃条切去。这样得到的夹心BGO晶体片的尺寸为51mm×5.20mm×22mm，厚度仍为5.20mm。
步骤四，对8片夹心BGO晶体片进行叠片胶合，方法与步骤2类似。其中，作为隔离物的玻璃条沿夹心BGO晶体片的长度方向放置，并靠近夹心BGO晶体片边缘。此过程可得到BGO晶体条聚集体，尺寸大小为47.8mm×47.8mm×22mm。
步骤五，用外圆切割机对BGO晶体条聚集体沿22mm高度方向进行切割，得到尺寸大小为47.8mm×47.8mm×20.0mm的BGO晶体阵列模块。
步骤六，将BGO晶体阵列模块放入特制的可拆卸的铝合金模具中，并调正，模具内表面涂有脱模剂，内腔的正方形断面尺寸为49.56mm×49.56mm，尺寸偏差不大于0.01mm。在阵列模块的四周灌入反光胶粘剂，并进行真空排泡，然后将带有多个细孔的模具顶盖盖好并固定，静置固化，顶盖底面与模具内腔底之间的间距为20.90mm。待胶完全固化后，拆去模具便得到8×8 BGO晶体阵列。
步骤七，对8×8 BGO晶体阵列的表面稍作处理，使尺寸满足精度要求，必要时对阵列的上表面，即出光面，进行研磨并抛光处理。
实施例2
制作8×8 LYSO闪烁晶体阵列。其中，晶体条的尺寸为3.00mm（长）×3.00mm（宽）×20.00mm（高），晶体条之间的缝隙宽度为0.20mm，晶体阵列的四周和底面包覆0.30mm厚度的反光胶粘剂，晶体条的缝隙内填充0.20厚度的反光胶粘剂。原始LYSO晶体为立方体，尺寸为38mm（长） ×38mm（宽） ×22mm（高）。阵列制作工艺流程，可参见图2。
制作步骤：
步骤一，用外圆切割机对原始LYSO晶体进行切片，航空煤油作为切削液，刀片厚度为0.65mm，切割出厚度为3.00mm的晶体片，尺寸为38mm×3.00mm×22mm，共8片。将晶体片用丙酮清洗干净。
步骤二，将LYSO晶体片水平放置在特制夹具的聚四氟乙烯垫块上，并在晶体片的上表面涂上特制的反光胶粘剂，然后在长度方向靠近晶体片边缘各放一小条铝箔，铝箔的大小为1.5mm×0.20mm×34mm。接着，平放另一块晶体片并与下方的晶体片对齐，然后压实，两晶体片之间的距离严格为0.20mm。同样地，在上面放两条同样大小的玻璃条，……，如此依次放置完8片LYSO晶体片。
然后在最上面的晶体片上放置另一块聚四氟乙烯垫块，旋进夹具上的螺杆，压紧晶体片，并进行真空排泡。其间用千分尺监测厚度，并清除掉粘附在晶体片和夹具上的多余的胶液，然后静置使胶固化。待胶完全固化后，去除夹具便得到带夹心的LYSO晶体，尺寸大小为38mm×25.4mm×22mm。
步骤三，用外圆切割机对夹心LYSO晶体进行切片，与步骤2类似，可得到8片夹心LYSO晶体片。用丙酮清洗夹心LYSO晶体片，并烘干。切割时，应将两端含有的铝箔切去。这样得到的夹心LYSO晶体片的尺寸为35mm×3.00mm×22mm，厚度仍为3.00mm。
步骤四，对8片夹心LYSO晶体片进行叠片胶合，方法与步骤2类似。其中，作为隔离物的铝箔沿夹心LYSO晶体片的长度方向放置，并靠近夹心LYSO晶体片边缘。此过程可得到LYSO晶体条聚集体，尺寸大小为25.4mm×25.4mm×22mm。
步骤五，用外圆切割机对LYSO晶体条聚集体沿22mm高度方向进行切割，得到尺寸大小为25.4mm×25.4mm×20.00mm的LYSO晶体阵列模块。
步骤六，将LYSO晶体阵列模块放入特制的可拆卸的铝合金模具中，并调正，模具内表面涂有脱模剂，内腔的正方形断面尺寸为26.0mm×26.0mm，尺寸偏差不大于0.01mm。在阵列模块的四周灌入反光胶粘剂，并进行真空排泡，然后将带有多个细孔的模具顶盖盖好并固定，静置固化，顶盖底面与模具内腔底之间的间距为20.30mm。待胶完全固化后，拆去模具便得到8×8 LYSO晶体阵列。
步骤七，对8×8 LYSO晶体阵列的表面稍作处理，使尺寸满足精度要求，必要时对阵列的上表面，即出光面，进行研磨并抛光处理。
实施例3
制作8×8 BaF2闪烁晶体阵列。其中，晶体条的尺寸为5.00mm（长）×5.00mm（宽）×40.00mm（高），晶体条之间的缝隙宽度为0.50mm，阵列的四周和底面以及晶体条的缝隙内填充或包覆0.50mm厚度的反光胶粘剂。原始BaF2晶体为圆柱体，尺寸为64mm（直径） ×46mm（高）。阵列制作工艺流程，可参见图4。
制作步骤：
步骤一，用内圆切割机对原始BaF2晶体进行切片，航空煤油作为切削液，刀片厚度为0.45mm，切割出厚度为5.00mm的晶体圆片，尺寸为64mm（直径）×5.00mm（厚度），共8片。将晶体圆片用丙酮清洗干净。
步骤二，将BaF2晶体圆片水平放置在特制夹具的聚四氟乙烯垫块上，并在晶体圆片的上表面涂上特制的反光胶粘剂，然后在长度方向靠近晶体圆片边缘各放一小条玻璃片，玻璃片的大小为1.5mm×0.50mm×40mm。接着，平放另一块晶体圆片并与下方的晶体圆片对齐，然后压实，两晶体圆片之间的距离严格为0.50mm。同样地，在上面放两条同样大小的玻璃条，……，如此依次放置完8片BaF2晶体圆片。
然后在最上面的晶体圆片上放置另一块聚四氟乙烯垫块，旋进夹具上的螺杆，压紧晶体圆片，并进行真空排泡。其间用千分尺监测厚度，并清除掉粘附在晶体圆片和夹具上的多余的胶液，然后静置使胶固化。待胶完全固化后，去除夹具便得到带夹心BaF2晶体圆柱体，尺寸大小为64mm（直径）×43.5mm。
步骤三，用内圆切割机对夹心BaF2晶体进行切片，与步骤2类似，可得到8片夹心BaF2晶体片，用丙酮清洗夹心晶体片，并烘干。切割时，应将两端含有的铝箔切去。这样得到的夹心BaF2晶体片的尺寸为64mm×43.50mm×5.00mm，厚度仍为3.00mm。
步骤四，对8片夹心BaF2晶体片进行叠片胶合，方法与步骤2类似。其中，作为隔离物的玻璃片沿夹心BaF2晶体片的64mm长度方向放置，并靠近夹心BaF2晶体片边缘。此过程可得到BaF2晶体条聚集体，尺寸大小为64mm×43.50mm×43.50mm。
步骤五，用内圆切割机对BaF2晶体条聚集体沿64mm长度方向进行切割，得到尺寸大小为43.50mm×43.50mm×40.00mm的BaF2晶体阵列模块。
步骤六，将BaF2晶体阵列模块放入特制的可拆卸的铝合金模具中，并调正，模具内表面涂有脱模剂，内腔的正方形断面尺寸为44.50mm×44.50mm，尺寸偏差不大于0.01mm。在阵列模块的四周灌入反光胶粘剂，并进行真空排泡，然后将带有多个细孔的模具顶盖盖好并固定，静置固化，顶盖底面与模具内腔底之间的间距为40.50mm。待胶完全固化后，拆去模具便得到8×8 BaF2晶体阵列。
步骤七，对8×8 BaF2晶体阵列的表面稍作处理，使尺寸满足精度要求，必要时对阵列的上表面，即出光面，进行研磨并抛光处理。
实施例4
制作4×4 LaBr3:Ce闪烁晶体阵列。其中，晶体条的尺寸为3.00mm（长）×3.00mm（宽）×15.00mm（高），晶体条之间的缝隙宽度为0.20mm，阵列的四周和底面包覆0.30mm厚度的反光胶胶粘剂，晶体条的缝隙内填充0.20mm厚度的反光胶胶粘剂。原始LaBr3:Ce晶体为立方体，尺寸为25mm（直径） ×16mm（高）。阵列制作工艺流程，可参见图4。
制作步骤：
步骤一，用内圆切割机对LaBr3:Ce晶体毛坯进行切片，航空煤油作为切削液，刀片厚度为0.45mm，切割出厚度为3.00mm的晶体圆片，尺寸为27mm（直径）×3.00mm（厚度），共4片。将晶体圆片用丙酮清洗干净。
步骤二，将LaBr3:Ce晶体圆片水平放置在特制夹具的聚四氟乙烯垫块上，并在晶体圆片的上表面涂上特制的反光胶粘剂，然后在长度方向靠近晶体圆片边缘各放一段黄铜丝，黄铜丝的尺寸为0.20mm（直径）×16mm（长度）。接着，平放另一块晶体圆片并与下方的晶体圆片对齐，然后压实，两晶体圆片之间的距离严格为0.20mm。同样地，在上面放两条同样大小的黄铜丝，……，如此依次放置完4片LaBr3:Ce晶体片。
然后在最上面的晶体圆片上放置另一块聚四氟乙烯垫块，旋进夹具上的螺杆，压紧晶体圆片，并进行真空排泡。其间用千分尺监测厚度，并清除掉粘附在晶体片和夹具上的多余的胶液，然后静置使胶固化。待胶完全固化后，去除夹具便得到带夹心的LaBr3:Ce晶体，尺寸大小为25mm×12.6mm×16mm。
步骤三，用内圆切割机对夹心LaBr3:Ce晶体进行切片，与步骤2类似，可得到4片夹心LaBr3:Ce晶体片，用丙酮清洗夹心LaBr3:Ce晶体片，并烘干。切割时，应将两端含有的铝箔切去。这样得到的夹心LaBr3:Ce晶体片的尺寸为25mm×12.60mm×3.00mm，厚度仍为3.00mm。
步骤四，对4片夹心LaBr3:Ce晶体片进行叠片胶合，方法与步骤2类似。其中，作为隔离物的铝箔沿夹心晶体片的长度方向放置，并靠近夹心晶体片边缘。此过程可得到LaBr3:Ce晶体条聚集体，尺寸大小为25mm×12.6mm×12.6mm。
步骤五，用内圆切割机对LaBr3:Ce晶体条聚集体沿25mm高度方向进行切割，得到尺寸大小为12.6mm×12.6mm×15.00mm的LaBr3:Ce晶体阵列模块。
步骤六，将LaBr3:Ce晶体阵列模块放入特制的可拆卸的铝合金模具中，并调正，模具内表面涂有脱模剂，内腔的正方形断面尺寸为13.20mm×13.20mm，尺寸偏差不大于0.01mm。在阵列模块的四周灌入反光胶粘剂，并进行真空排泡，然后将带有多个细孔的模具顶盖盖好并固定，静置固化，顶盖底面与模具内腔底之间的间距为15.30mm。待胶完全固化后，拆去模具便得到4×4 LaBr3:Ce晶体阵列。
步骤七，对4×4 LaBr3:Ce晶体阵列的表面稍作处理，使尺寸满足精度要求，必要时对阵列的上表面，即出光面，进行研磨并抛光处理。
Claims (10)
1.本发明公开了一种基于闪烁体片制作闪烁体阵列的方法，其特征在于，不需要直接切割出闪烁体条，也不需要对从原始闪烁体上切割出来的闪烁体片进行专门的抛光处理，但是需要切割出特定厚度的闪烁体片，并对其表面进行清洁处理，还需要使用特定直径或厚度的隔离物，其涉及的工序主要包括三次切割工序、两次叠片胶合工序和一次反光胶包覆工序：步骤一，选择适当大小的长方体、正方体、或圆柱体状的闪烁体作为原始闪烁体，从其上切割出若干的闪烁体片；步骤二，将闪烁体片用反光胶粘剂和隔离物叠片胶合，成为夹心闪烁体；步骤三，从夹心闪烁体上切割出若干的夹心闪烁体片；步骤四，将夹心闪烁体片用反光胶粘剂和隔离物叠片胶合，成为闪烁体条聚集体；步骤五，将闪烁体条聚集体切割成闪烁体阵列模块；步骤六，对闪烁体阵列模块的四个侧面和底面进行反光胶粘剂包覆，固化后成为所需的闪烁体阵列；步骤七，必要时可对包覆反光胶粘剂的闪烁体阵列的上表面，即出光面，进行抛光处理。
2.如权利要求1所述的一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述切割是使用内圆切割机床、单线切割机床、外圆切割机床、多刀切割机床、多线切割机床中的一种完成的，并且闪烁体片和夹心闪烁体片的厚度与要求的阵列缝隙的宽度相一致，偏差小于0.01mm，甚至小于0.005mm，表面粗超度小于3.2μm，甚至小于0.8μm。
3.如权利要求1所述一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述包含隔离物的夹心闪烁体中的闪烁体片是自下而上地重叠起来的，并且相邻闪烁体片之间夹有隔离物，隔离物位于闪烁体片的边缘但不露出闪烁体片，其数量应确保闪烁体片在受到垂直方向的压力时不会产生倾斜。
4.如权利要求1所述一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述包含隔离物的闪烁体条聚集体是自下而上地重叠起来的，并且相邻夹心闪烁体片之间夹有隔离物，隔离物位于两个尚未被切割的边缘但不露出闪烁体片，其数量应确保闪烁体片在受到垂直方向的压力时不会产生倾斜。
5.如权利要求1所述一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述隔离物为金属或非金属材质的圆丝、长条、薄膜中的至少一种，并且沿长度方向的尺寸公差小于0.01mm，甚至小于0.005mm，其直径或厚度不大于缝隙宽度-0.01mm，甚至不大于缝隙宽度-0.005mm。
6.如权利要求1所述一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述闪烁体片和夹心闪烁体片，并不要求进行研磨和抛光处理，但在叠片前需用无水乙醇、丙酮以及汽油中的一种或多种清洁其表面，除去附着在表面上的切削液和其它异物。
7.如权利要求1的一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述步骤二和步骤四的叠片胶合，对于要求的阵列缝隙宽度小于0.1mm甚至小于0.3mm时，可采用先布胶后叠片的办法，即首先在第一片的上表面布反光胶粘剂，然后放置隔离物，接着叠放第二片，在其上表面布反光胶粘剂后放置隔离物，如此依次叠片结束后使反光胶粘剂固化；对于缝隙宽度不小于0.3mm的阵列，可采用先叠片再灌胶后的办法，即将闪烁体片或夹心闪烁体片与隔离物交替叠放，叠片结束后将反光胶粘剂灌满片间的缝隙，使反光胶粘剂固化。
8.如权利要求1所述的一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述隔离物不包含在闪烁体阵列成品的内部，其中，胶合在夹心闪烁体中的隔离物是在所述步骤三的切割中除去的，胶合在闪烁体条聚集体中的隔离物是在所述步骤五的切割中除去的。
9.如权利要求1所述的一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述步骤二和步骤四中的叠片胶合都是一次完成的，并且是借助于特制的夹具完成的。
10.如权利要求1所述的一种制作闪烁体阵列的方法，其特征在于所述闪烁体阵列的四个侧面和底面包覆的反光胶粘剂，也是一次完成的，并且是借助于特制的内壁涂有脱模剂的模具完成的。
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