CN112166349A - 包含反离子和其他多价阳离子以减少余辉的CsI(Tl)闪烁体晶体，以及包括所述闪烁晶体的放射线检测装置 - Google Patents
包含反离子和其他多价阳离子以减少余辉的CsI(Tl)闪烁体晶体，以及包括所述闪烁晶体的放射线检测装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种闪烁晶体，所述闪烁晶体可包括与铊和另一种元素共掺杂的卤化铯。在一实施例中，所述闪烁晶体可包括CsX:Tl，Me，其中X表示卤素，Me表示5A族元素。在一特定实施例中，所述闪烁晶体可具有碘化铯主体材料、包含铊阳离子的第一掺杂剂和包含锑阳离子的第二掺杂剂。
Description
技术领域
本公开涉及包含锑和其他多价阳离子的闪烁晶体以及包括这种闪烁晶体的放射线检测装置。
背景技术
放射线检测装置用于各种应用。例如，闪烁体可用于医学成像和石油天然气行业的测井，还用于环境监测、安全应用，以及用于核物理分析和应用。CsI：Tl是用于放射线检测装置的闪烁晶体。但是，CsI：TI的余辉问题限制了这种器件的功能、速度和准确性。需要对CsI：Tl闪烁晶体作进一步的改进。
附图简要说明
实施例以举例的方式示出，并且不受附图的限制。
图1示出了根据一个实施例的放射线检测装置的图示。
本领域的技术人员应当认识到，为简单和清楚起见，图中示出的各元件并不一定按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可相对于其他元件进行放大，以帮助增进对本发明实施例的理解。
具体实施方式
提供结合附图的以下描述以帮助理解本文所公开的教导内容。以下论述将集中于本教导内容的具体实施方式和实施例。提供该重点是为了帮助描述教导内容，并且不应该被解释为是对本教导内容的范围或适用性的限制。
如本文所用，与元素周期表中的列相对应的族号使用″新符号″规范，如在CRCHandbook of Chemistry and Physics，第81版(2000-2001)中所见。
如本文所用，术语″VA族元素″旨在表示元素周期表中的Bi(铋)、Sb(锑)和As(砷)。
如本文所用，术语″由…构成″、″包括″、″包含″、″具有″、″有″或它们的任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含之意。例如，包含特征列表的工艺、方法、物件或装置不一定仅限于相应的特征，而是可包括没有明确列出或这类工艺、方法、物件或装置所固有的其他特征。另外，除非另有明确说明，否则″或″是指包括性的″或″而非排他性的″或″。例如，以下任何一项均可满足条件A或B：A为真(或存在的)而B为假(或不存在的)、A为假(或不存在的)而B为真(或存在的)，以及A和B两者都为真(或存在的)。
采用″一个″或″一种″来描述本文所述的元件和部件。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。除非很明显地另指他意，否则这种描述应被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，或反之亦然。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语和科技术语都与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。材料、方法和实例仅是说明性的而非限制性的。关于本文未述的方面，有关特定材料和加工方法的许多细节是常规的，并能在闪烁和放射线检测领域内的教科书和其他来源中找到。
闪烁晶体可包括与铊和另一种元素共掺杂的卤化铯。共掺杂可减少余辉并改善能量分辨率、光产率、另一种合适的闪烁参数或它们的任意组合。在一实施例中，闪烁晶体可包括CsX：Tl，Me，其中X表示卤素，Me表示VA族元素。特定共掺杂剂的选择可取决于将要改变的特定闪烁参数。如本说明书中所使用的，共掺杂可包括两个或更多个不同的元素(Tl和一种或多种其他元素)，并且共掺杂剂是指除Tl之外的一种或多种掺杂剂。
根据某些实施例，特别是关于卤化铯的组成，X可为I或I和Br的组合。当X为I和Br的组合时，X可包括至少50mol％I或至少70mol％I或至少91mol％I。在另一个实施例中，当X是I和Br的组合时，X可包括不大于99mol％I。应当理解，X中I的mol％可为上述任意最小值和最大值之间的任一值。应当进一步理解，X中I的mol％可为在上述任意最小值和最大值之间范围内的任一值。
根据某些实施例，特别是关于Tl的组成，Tl可包括闪烁晶体CsX：Tl，Me内的浓度。在某些实施例中，Tl可具有至少1×10-4mol％Tl、至少1×10-3mol％Tl或至少0.01mol％Tl的浓度。在另一个实施例中，Tl具有不大于10mol％Tl、不大于5mol％Tl、不大于0.9mol％Tl或不大于0.2mol％Tl的浓度。在一特定实施例中，Tl具有在1×10-4mol％至10mol％、1×10-3mol％至0.9mol％或0.01mol％至0.2mol％范围内的浓度。应当理解，闪烁晶体中Tl的mol％可为上述任意最小值和最大值之间的任一值。应当进一步理解，闪烁晶体中Tl的mol％可为在上述任意最小值和最大值之间范围内的任一值。
根据某些实施例，特别是关于Me的组成，Me可包括闪烁晶体CsX：Tl，Me内的浓度。在一实施例中，当共掺杂剂是VA族元素时，闪烁晶体中VA族元素的掺杂剂浓度为至少1×10-7mol％、至少1×10-6mol％、至少1×10-5mol％或至少1×10-4mol％。在另一个实施例中，闪烁晶体中VA族元素的浓度不大于.01mol％、不大于0.003mol％或不大于0.002mol％或不大于.001mol％。在一特定实施例中，闪烁晶体中VA族元素的浓度在1×10-7mol％至.01mol％、1×10-6mol％至.003mol％、1×10-5mol％至0.002mol％或1×10-4mol％至1×10- 3mol％的范围内。应当理解，闪烁晶体中Me的mol％可为上述任意最小值和最大值之间的任一值。应当进一步理解，闪烁晶体中Me的mol％可为在上述任意最小值和最大值之间范围内的任一值。所有前述的掺杂剂浓度都是针对晶体中的掺杂剂浓度。在一特定实施例中，共掺杂剂是三价或五价的5A族元素中的一种。在另一个实施例中，共掺杂剂是三价或五价锑，或它们的任意组合。
根据某些实施例，晶体中掺杂剂的浓度可与形成闪烁晶体的熔体中的掺杂剂浓度不同或相同。形成晶体时熔体中的Tl和VA族共掺杂剂的浓度可包括前述的任一值。
根据另一些实施例，选择共掺杂剂时，可基于不同的考量来确定哪些特定元素相对于其他元素更适于提高特定的闪烁参数。以下描述将用作一般指导，而不应解释为将特定的闪烁参数限制给特定的共掺杂物。
根据又一些实施例，与不具有共掺杂剂的闪烁晶体的组成相比，具有共掺杂剂Me的闪烁晶体的光产率可得以增加。在一实施例中，在22℃下测量具有共掺杂物的闪烁晶体和不具有共掺杂物的CsI：Tl晶体的光产率，并将其暴露于具有662keV能量的伽马射线时，具有共掺杂剂的闪烁晶体的光产率比不具有共掺杂剂的CsI：Tl晶体的光产率高至少1％、至少5％、至少10％。
根据又一些实施例，与不具有共掺杂剂的闪烁晶体的组成相比，可利用共掺杂剂Me来减少闪烁晶体的余辉。在某些实施例中，当将共掺杂的闪烁晶体和不具有共掺杂剂的CsI：Tl晶体耦合至硅光电二极管并暴露于X射线束(120keV，钨靶)时，具有共掺杂剂的闪烁晶体的余辉比不具有共掺杂剂的CsI：TI晶体的余辉少至少20％、或至少30％、或至少45％、或至少50％、或至少60％。
可使用包括Bridgman、Czochralski、泡生(Kyropoulos)、边缘限定薄膜供料生长(EFG)、Stepanov、梯度凝固(Gradient-Freeze)等多种晶体生长技术中的任一种来形成闪烁晶体。起始材料包含卤化铯和掺杂剂的卤化物。在一实施例中，起始材料可包含CsI和TlI，并且取决于共掺杂剂，起始材料可包含SbI3、SbI5、BiI3、BiI5、AsI3等中的任一种或多种。在确定所需的闪烁晶体的组成之后，可使用掺杂剂相对于基础材料(例如，CsI)的偏析系数来确定要在熔体中使用的起始材料的量。晶体生长条件可与用于形成CsI：Tl的条件相同，或者可具有相对小的变化以优化晶体形成过程。
如前所述的闪烁晶体中的任一种均可用于多种应用中。示例性应用包括伽马射线光谱、同位素鉴别、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)或正电子发射断层扫描(PET)分析、X射线成像、油井测井仪，以及检测放射性的存在。闪烁晶体可用于其他应用，并且因此该列表仅是示例性的而非限制性的。下面描述几个特定的应用。
图1示出了可用于伽马射线分析的放射线检测装置100的实施例，诸如单光子发射计算机断层扫描(SPECT)或步进式X射线机。如图1所示并且根据本文描述的实施例，放射线检测装置100可包括光电传感器101、光学接口103和闪烁装置105。尽管在图1中所示的光电传感器101、光学接口103和闪烁装置105彼此分离，应当理解，根据某些实施例，光电传感器101和闪烁装置105可耦合至光学接口103，其中光学接口103设置在光电传感器101和闪烁装置105之间。根据另一些实施例，可利用其他已知的耦合方法，诸如使用光学凝胶或粘合剂，或者直接通过光学耦合元件的分子粘附，将闪烁装置105和光电传感器101光学耦合至光学接口103。
根据又一些实施例，光电传感器101可为光电倍增管(PMT)、基于半导体的光电倍增器或混合光电传感器。光电传感器101可经由输入窗口116接收由闪烁装置105发射的光子，并且基于其接收的光子的数量产生电脉冲。光电传感器101电耦合至电子模块130。可以借由电子模块130对电脉冲进行整形、数字化、分析或它们的任意组合，以提供在光电传感器101处接收到的光子的计数或其他信息。电子模块130可包括放大器、前置放大器、鉴别器、模数信号转换器、光子计数器、脉冲形状分析器或鉴别器、另一电子部件，或它们的任意组合。光电传感器101可容纳在由能够保护光电传感器101、电子模块130或它们的组合的材料(诸如金属、金属合金、其他材料或它们的任意组合)制成的管或壳体内。
闪烁装置105可包括闪烁晶体107，所述闪烁晶体可为由CsX：Tl，Me(其中X表示卤素，Me表示5A族元素)的通式表示的前述闪烁晶体中的任一种。闪烁晶体107基本上由反射器109包围。在一个实施例中，反射器109可包括聚四氟乙烯(PTFE)、适于反射由闪烁晶体107发射的光的另一种材料，或它们的组合。在一说明性实施例中，反射器109可基本上由减震构件111包围。闪烁晶体107、反射器109和减震构件111可容纳在外壳113内。
闪烁装置105可包括至少一个稳定机构，所述稳定机构适于减小闪烁晶体107与放射线检测装置100的其他元件(诸如光学接口103、外壳113、减震构件111、反射器109，或它们的任意组合)之间的相对运动。稳定机构可包括弹簧119、弹性体、另一种合适的稳定机构，或它们的组合。稳定机构可适于将横向力、水平力或它们的组合施加到闪烁晶体107，以相对于放射线检测装置100的一个或多个其他元件而使该闪烁晶体位置稳定。
如图1所示，光学接口103可适于耦合在光电传感器101和闪烁装置105之间。光学接口103还可适于促进光电传感器101和闪烁装置105之间的光学耦合。光学接口103可包括诸如硅橡胶的聚合物，所述聚合物被极化以校准闪烁晶体107和输入窗口116的反射率。在其他实施例中，光学接口103可包括凝胶或胶体，其包括聚合物和附加元素。
许多不同的方面和实施例都是可能的。本文描述了这些方面和实施例中的一些。在阅读本说明书之后，本领域的技术人员会理解，那些方面和实施例仅是说明性的，并不限制本发明的范围。各实施例可以根据下面列出的任何一个或多个项。
实施例1.一种闪烁体晶体，包括：碘化铯主体材料；包含铊阳离子的第一掺杂剂，所述第一掺杂剂的摩尔浓度小于10％；以及包含锑阳离子的第二掺杂剂，所述第二掺杂剂使得闪烁体的余辉减少。
实施例2.一种闪烁体晶体，包括：碘化铯主体材料；包含铊阳离子的第一掺杂剂，所述第一掺杂剂的摩尔浓度小于10％；以及包含VA族元素的第二掺杂剂，其中VA族元素至少部分地处于其3+氧化态，其中闪烁体中第二掺杂剂的量在1×10-7mol％至0.1mol％之间。
实施例3.一种放射线检测装置，包括：壳体；壳体内的闪烁体，所述闪烁体包括：碘化铯主体材料；包含铊阳离子的第一掺杂剂，所述第一掺杂剂的摩尔浓度小于10％；以及包含锑阳离子的第二掺杂剂，所述第二掺杂剂使得闪烁体的余辉减少。
实施例4.根据实施例1所述的闪烁体晶体，其中闪烁体晶体中锑的量在1×10- 7mol％至1×10-2mol％锑之间。
实施例5.根据实施例2所述的闪烁体晶体，进一步包括第三掺杂剂，并且其中所述第二掺杂剂包含三价锑且所述第三掺杂剂包含三价铋。
实施例6.根据实施例2所述的闪烁体晶体，进一步包括第三掺杂剂，并且其中所述第二掺杂剂包含五价铋且所述第三掺杂剂包含五价锑。
实施例7.根据实施例1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括至少1×10-7mol％或至少3×10-4mol％或至少3.2×10-4mol％或至少4×10-4mol％或至少6×10-4mol％锑。
实施例8.根据实施例1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括小于1×10-3mol％锑，并且其中，相对于在X射线照射期间测量的光输出强度，所述闪烁体晶体在暴露于X射线照射后100ms时的光输出强度小于0.4％。
实施例9.根据实施例1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括小于1×10-3mol％锑，并且其中，相对于在X射线照射期间测量的光输出强度，所述闪烁体晶体在暴露于X射线照射后500ms时的光输出强度小于0.3％。
实施例10.根据实施例1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括能够以一种以上氧化态存在于晶体基质内的大于1×10-6mol％的共掺杂阳离子。
实施例11.根据实施例1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括不大于.01mol％、不大于0.003mol％或不大于0.002mol％或不大于.001mol％的第二掺杂剂。
实施例12.根据实施例3所述的放射线检测装置，其中所述放射线检测装置能够在X射线照射期间每小时检查超过300个袋子。
实施例13.根据实施例3所述的放射线检测装置，其中所述放射线检测装置能够在计算机断层扫描照射期间每小时检查超过1000个袋子。
实施例14.根据实施例1或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中余辉减少了至少20％或至少30％或至少45％。
实例
本文描述的概念将在实例中进一步描述，这些实例不限制权利要求所述的本发明的范围。所述实例证明了不同组成的闪烁晶体的性能。为方便起见，此实例部分公开的数值可从多个读数中取平均值、近似值或四舍五入取值。使用垂直Bridgman晶体生长技术形成样品。
形成闪烁晶体样品CS1、S1和S2，以将共掺杂样品的余辉与CsI：Tl标准品进行比较。表1中列出了闪烁晶体样品的组成。此外，测试每个样品CS1、S1和S2，以确定余辉(AG)和相对光产率。CS1、S1和S2包含大约0.10mol％Tl。对于余辉测量，将样品耦合至硅光电二极管并且暴露于X射线束(120keV，钨靶)。在X射线束关闭后100ms和500ms时对光电二极管信号进行采样。这些信号强度与X射线束暴露期间的信号强度之比定义为余辉(AG)。通过将闪烁晶体暴露于137Cs并使用光电倍增管和多道分析仪获得光谱，在室温(大约22℃)下进行相对光产率测试。表1中还列出了闪烁晶体样品CS1、S1和S2的性能测试结果。
表1-标准品以及Sb的组成和性能
如表中所示，与未掺杂样品相比，Sb共掺杂的样品具有较低的余辉，同时维持了总体光产率。有利地，需要如上所详细描述的少量共掺杂剂以示出余辉的减少。与未掺杂样品相比，闪烁晶体S1显示出在100ms时余辉减少至少58％，在500ms时减少至少67.5％。与未掺杂样品相比，闪烁晶体S2显示出在100ms时余辉减少至少46.7％，在500ms时减少至少50％。与未掺杂样品相比，闪烁晶体S3显示出在100ms时余辉减少至少37％，在500ms时减少至少62.5％。与未掺杂样品相比，闪烁晶体S4显示出在100ms时余辉减少至少35％，在500ms时减少至少52.5％。与未掺杂样品相比，闪烁晶体S5显示出在100ms时余辉减少至少29％，在500ms时减少至少52.5％。
需注意，并非所有上述在实例的一般说明中的行为都是必需的，可能不一定需要具体行为的一部分，并且除描述的那些行为外，还可执行一个或多个进一步的行为。此外，所列活动的次序不一定是执行它们的次序。
为清楚起见，本文在单独实施例的语境下描述的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反地，为简明起见而在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地提供，或以任何子组合的方式来提供。此外，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值和所有各值。
上面已经参考具体实施例描述了益处、其他优点及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案及可使任何益处、优点或解决方案被想到或变得更加显著的任何特征都不被认为是任何或所有权利要求的关键、所需或必要的特征。
本文所述的实施例的说明书和图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。说明书和图示并不旨在用作对使用了本文所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的详尽和全面的描述。单独的实施例也可在单个实施例中以组合的方式来提供，并且相反地，为简明起见而在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地提供，或以任何子组合的方式来提供。此外，对以范围表示的值的引用包括该范围内的每个值和所有各值。只有在阅读本说明书之后，许多其他实施例对于技术人员才是显而易见的。通过本公开内容可以利用和得到其他实施例，使得可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其他改变。因此，本公开应被视为说明性的而非限制性的。
Claims (15)
1.一种闪烁体晶体，包括：
碘化铯主体材料；
包含铊阳离子的第一掺杂剂，所述第一掺杂剂的摩尔浓度低于10％；和
包含锑阳离子的第二掺杂剂，所述第二掺杂剂使得所述闪烁体的余辉减少。
2.一种闪烁体晶体，包括：
碘化铯主体材料；
包含铊阳离子的第一掺杂剂，所述第一掺杂剂的摩尔浓度低于10％；和
包含VA族元素的第二掺杂剂，其中所述VA族元素至少部分处于其3+氧化态，其中所述闪烁体中所述第二掺杂剂的量在1×10-7mol％至0.1mol％之间。
3.一种放射线检测装置，包括：
壳体；
所述壳体内的闪烁体，所述闪烁体包括：
碘化铯主体材料；
包含铊阳离子的第一掺杂剂，所述第一掺杂剂的摩尔浓度低于10％；和
包含锑阳离子的第二掺杂剂，所述第二掺杂剂使得所述闪烁体的余辉减少。
4.根据权利要求1所述的闪烁体晶体，其中所述闪烁体晶体中所述锑的量在1×10- 7mol％至1×10-2mol％锑之间。
5.根据权利要求2所述的闪烁体晶体，进一步包括第三掺杂剂，并且其中所述第二掺杂剂包含三价锑且所述第三掺杂剂包含三价铋。
6.根据权利要求2所述的闪烁体晶体，进一步包括第三掺杂剂，并且其中所述第二掺杂剂包含五价铋且所述第三掺杂剂包含五价锑。
7.根据权利要求1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括至少1×10-7mol％锑。
8.根据权利要求1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括小于1×10-3mol％锑，并且其中，相对于在X射线照射期间测量的光输出强度，所述闪烁体晶体在暴露于X射线照射后100ms时的光输出强度小于0.4％。
9.根据权利要求1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括小于1×10-3mol％锑，并且其中，相对于在X射线照射期间测量的光输出强度，所述闪烁体晶体在暴露于X射线照射后500ms时的光输出强度小于0.3％。
10.根据权利要求1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括能够以一种以上氧化态存在于晶体基质内的大于1×10-6mol％的共掺杂阳离子。
11.根据权利要求1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括不大于.01mol％的所述第二掺杂剂。
12.根据权利要求3所述的放射线检测装置，其中所述放射线检测装置能够在X射线照射期间每小时检查超过300个袋子。
13.根据权利要求3所述的放射线检测装置，其中所述放射线检测装置能够在计算机断层扫描照射期间每小时检查超过1000个袋子。
14.根据权利要求1或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述余辉减少了至少20％。
15.根据权利要求1、2或3中任一项所述的闪烁体晶体或放射线检测装置，其中所述闪烁体晶体包括不大于0.003mol％的所述第二掺杂剂。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4806757A (en) * | 1985-11-07 | 1989-02-21 | Hitachi, Ltd. | Information reading apparatus for radiation image |
| US20050082484A1 (en) * | 2003-10-17 | 2005-04-21 | Srivastava Alok M. | Scintillator compositions, and related processes and articles of manufacture |
| US7180068B1 (en) * | 2004-06-09 | 2007-02-20 | Radiation Monitoring Devices, Inc. | Scintillation materials with reduced afterglow and method of preparation |
| US20080067391A1 (en) * | 2006-09-20 | 2008-03-20 | Hitachi Chemical Company, Ltd., | Scintillator crystal and radiation detector |
| CN102725658A (zh) * | 2010-01-28 | 2012-10-10 | 佳能株式会社 | 闪烁体结晶体、其制造方法和放射线检测器 |
| CN103732722A (zh) * | 2011-08-19 | 2014-04-16 | 国立大学法人东北大学 | 闪烁体 |
| WO2015007229A1 (en) * | 2013-07-19 | 2015-01-22 | Shanghai Institute Of Ceramics, Chinese Academy Of Sciences | Ultrabright csi:tl scintillators with reduced afterglow: fabrication and application |
| US20160017223A1 (en) * | 2013-04-12 | 2016-01-21 | Hitachi Metals, Ltd. | Fluorescent material, scintillator and radiation conversion panel |
| US20160122641A1 (en) * | 2013-01-21 | 2016-05-05 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Passivation of Metal Halide Scintillators |
| CN106211779A (zh) * | 2015-03-31 | 2016-12-07 | 日本结晶光学株式会社 | 闪烁体 |
| US20170355905A1 (en) * | 2014-11-19 | 2017-12-14 | The Regents Of The University Of California | Novel thallium doped sodium, cesium or lithium iodide scintillators |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7759645B1 (en) | 2004-06-09 | 2010-07-20 | Charles Brecher | Scintillation materials with reduced afterglow and method of preparation |
| US7482602B2 (en) * | 2005-11-16 | 2009-01-27 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Scintillator plate for radiation and production method of the same |
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Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4806757A (en) * | 1985-11-07 | 1989-02-21 | Hitachi, Ltd. | Information reading apparatus for radiation image |
| US20050082484A1 (en) * | 2003-10-17 | 2005-04-21 | Srivastava Alok M. | Scintillator compositions, and related processes and articles of manufacture |
| US7180068B1 (en) * | 2004-06-09 | 2007-02-20 | Radiation Monitoring Devices, Inc. | Scintillation materials with reduced afterglow and method of preparation |
| US20080067391A1 (en) * | 2006-09-20 | 2008-03-20 | Hitachi Chemical Company, Ltd., | Scintillator crystal and radiation detector |
| CN102725658A (zh) * | 2010-01-28 | 2012-10-10 | 佳能株式会社 | 闪烁体结晶体、其制造方法和放射线检测器 |
| US20120292516A1 (en) * | 2010-01-28 | 2012-11-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Scintillator crystal body, method for manufacturing the same, and radiation detector |
| CN103732722A (zh) * | 2011-08-19 | 2014-04-16 | 国立大学法人东北大学 | 闪烁体 |
| US20160122641A1 (en) * | 2013-01-21 | 2016-05-05 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Passivation of Metal Halide Scintillators |
| US20160017223A1 (en) * | 2013-04-12 | 2016-01-21 | Hitachi Metals, Ltd. | Fluorescent material, scintillator and radiation conversion panel |
| WO2015007229A1 (en) * | 2013-07-19 | 2015-01-22 | Shanghai Institute Of Ceramics, Chinese Academy Of Sciences | Ultrabright csi:tl scintillators with reduced afterglow: fabrication and application |
| US20170355905A1 (en) * | 2014-11-19 | 2017-12-14 | The Regents Of The University Of California | Novel thallium doped sodium, cesium or lithium iodide scintillators |
| CN106211779A (zh) * | 2015-03-31 | 2016-12-07 | 日本结晶光学株式会社 | 闪烁体 |
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