DE102013103783A1

DE102013103783A1 - Seltenerdgranat-Szintillator und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102013103783A1
Application number: DE102013103783A
Authority: DE
Inventors: Haochuan Jiang; Anant Achyut Setlur; Robert Joseph Lyons; Kevin Alan David; James Eward Murphy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2013-10-17
Also published as: CN103374351B; CN103374351A; US9145517B2; US20130270482A1; JP2013227575A

Abstract

Ein Detektor zum Nachweisen von Strahlung hoher Energie ist offenbart. Der Detektor weist szintillierendes Material mit einer Granatstruktur auf, das Gadolinium, Yttrium, Cer, Gallium und Aluminium einschließt. Das szintillierende Material ist ausgedrückt als

(Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO,

worin A Lutetium, Lanthan, Terbium, Dysprosium oder eine Kombination davon ist, D Indium, Scandium oder eine Kombination davon ist, F ein zweiwertiges Ion ist, 0 ≤ x < 0,2, 0 < y < 0,5, 0,001 < z < 0,05, 0 1 ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich allgemein auf einen Szintillator zum Nachweis von Röntgenstrahlen und, mehr im Besonderen, auf eine Seltenerdgranat-Szintillatorzusammensetzung, die eine verbesserte Leistungsfähigkeit aufweist und auf ein Verfahren zu deren Herstellung.
Typischerweise weist ein Abbildungssystem, wie ein Computertomografie (CT)- oder ein Röntgenstrahl-Abbildungssystem, eine Röntgenstrahlenquelle auf, die zum Emittieren von Röntgenstrahlen zu einem Detektor und einen dazwischen angeordneten Gegenstand positioniert ist. In CT-Abbildungssystemen emittiert die Röntgenstrahlenquelle einen fächerförmigen Strahl zu einer Person oder einem Gegenstand, wie einem Patienten oder einem Gepäckstück. Im Folgenden sollen die Begriffe „Person“ und „Gegenstand“ alles einschließen, was abgebildet werden kann. Im Allgemein werden die Röntgenstrahlenquelle und die Detektoranordnung auf dem Gerüst innerhalb einer Abbildungsebene um die Person herum rotiert. Zu den Röntgenstrahlenquellen gehören typischerweise Röntgenröhren, die den Röntgenstrahl an einem Brennpunkt emittieren.
Der Röntgenstrahl trifft, nachdem er durch die Person geschwächt worden ist, auf eine Anordnung von Röntgenstrahldetektoren auf. Die Intensität der Strahlung des geschwächten Strahls, die an der Detektoranordnung empfangen wird, hängt typischerweise von der Schwächung des Röntgenstrahls durch die Person ab. Röntgenstrahldetektoren weisen typischerweise einen Kollimator zum Kollimieren von Röntgenstrahlen, die an dem Detektor empfangen werden, einen Szintillator zum Umwandeln von Röntgenstrahlen in Lichtenergie benachbart des Kollimators und Fotodioden zum Empfangen der Lichtenergie von dem benachbarten Szintillator und zum Erzeugen elektrischer Signale daraus auf. Um Bilder hoher Auflösung zu erhalten, ist das Szintillatormaterial häufig in schmale Stücke oder Zellen geschnitten und in einer pixelierten Anordnung mit erwünschter Geometrie zusammengebaut, bevor man es an der Fotodiode anbringt.
Das Szintillatormaterial einer Zelle oder eines Elementes einer Szintillatoranordnung wandelt Röntgenstrahlen in Lichtenergie um. Im Besonderen absorbiert das Szintillatormaterial Röntgenstrahlen, die auf diese Zelle auftreffen, und gibt Lichtenergie (Photonen) an eine benachbarte Fotodiode ab. Jede Fotodiode weist die Lichtenergie nach und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal, das den geschwächten Strahl anzeigt, der von jedem Detektorelement empfangen wird. Die Abgaben der Fotodioden werden dann zu dem Datenverarbeitungssystem zur Bildrekonstruktion übertragen.
Szintillatoren umfassen typischerweise ein nichtlumineszentes Wirtsmaterial, das durch Einschluss eines Aktivators, der in dem Wirtsmaterial in einer relativ geringen Konzentration vorhanden ist, modifiziert worden ist. Der Wirtskristall absorbiert das auftreffende Photon und die absorbierte Energie kann durch die Aktivatorionen angepasst werden oder sie kann durch das Gitter zu den Aktivatorionen übertragen werden. Ein oder mehrere Elektronen der Aktivatorionen werden in einen angeregteren Zustand gehoben. Diese Elektronen emittieren beim Zurückkehren zu ihrem weniger angeregten Zustand ein Photon lumineszenten Lichtes.
Keramische Festkörper-Szintillatoren werden derzeit als Strahlungsdetektoren eingesetzt, um eindringende Strahlung nachzuweisen. Eine Ausführungsform der gegenwärtigen Generation von keramischen Festkörper-Szintillatoren umfasst Oxidmischungen, in denen ein Seltenerdoxid als ein Aktivator zusammen mit verschiedenen kombinierten Matrixelementen vorhanden ist, die ebenfalls üblicherweise Seltenerdoxide sind. Eine Ausführungsform der vorliegenden Generation von keramischen Festkörper-Szintillatoren umfasst einen Hauptanteil von Yttriumoxid (Y₂O₃), bis zu etwa 50 Mol-% Gadoliniumoxid (Gd₂O₃) und einen untergeordneten aktivierenden Anteil (typischerweise etwa 0,02–12 Mol-%) eines Seltenerd-Aktivatoroxids. Aktivatoroxide schließen Europium, Neodym, Ytterbium, Dysprosium, Terbium, Cer und Praseodym ein. Andere metallische Verbindungen können auch als Zusätze für spezifische Zwecke vorhanden sein.
Die Materialeigenschaften von Szintillatoren variieren stark auf der Grundlage der spezifischen chemischen Zusammensetzung des Szintillators. Diese Eigenschaften schließen Szintillator-Wirksamkeit, primäre Abklingzeit, Nachglühen, Hysterese, Lumineszenzspektrum, Röntgenstrahl-Bremsvermögen und Beständigkeit gegen Beschädigung durch Strahlung ein. Die Wirksamkeit eines lumineszenten Materials ist der Prozentsatz der Energie der absorbierten stimulierenden Strahlung, der als lumineszentes Licht emittiert wird. Ist die stimulierende Strahlung beendet, dann nimmt die lumineszente Abgabe aus einem Szintillator in zwei Stufen ab. Die erste dieser Stufen ist ein rasches Abklingen von der vollen lumineszenten Abgabe zu einem geringen Wert, der aber normalerweise nicht null ist, bei dem sich die Neigung des Abklingens zu einer im Wesentlichen langsameren Abklingrate ändert. Diese geringe Intensität, normalerweise lange Abklingzeit-Lumineszenz, ist als Nachglühen bekannt. Spezifisch ist das Nachglühen die Lichtintensität, die von einem Szintillator bei 100 Millisekunden nach Beendigung der Röntgenstrahlenanregung emittiert wird, angegeben als ein Prozentsatz des Lichtes, das während der Anregung des Szintillators durch die Strahlung emittiert wird. Das Nachglühen ergibt eine lumineszente Hintergrundintensität, die ein Störungsbeitrag zur Fotodetektorabgabe ist. In einigen Fällen wird das Nachglühen durch die Anwesenheit von Verunreinigungen erhöht und in anderen Fällen wird das Nachglühen durch die Anwesenheit von Verunreinigungen vermindert.
Das anfängliche rasche Abklingen ist als das primäre Abklingen oder die primäre Geschwindigkeit bekannt und wird von der Zeit an, bei der die simulierende Strahlung endet, bis zu der Zeit gemessen, bei der die lumineszente Abgabe auf etwa 36,8% (oder 1/e) der Lichtintensität zu der Zeit nach Beendigung der Röntgenstrahlenanregung fällt. Abtast- bzw. Scanzeiten von CT-Systemen, die die Zeiten sind, die ein CT-System benötigt, um abzutasten und eine Abbildung einer Scheibe der beobachteten Person zu erfassen, stehen in etwaiger Beziehung zu der primären Abklingzeit des Szintillators um einen Faktor von 1.000. So wird, z.B., ein Szintillator mit einer Abklingzeit von einer Millisekunde typischerweise eine Scanzeit von etwa einer Sekunde erzeugen. Kürzere CT-Scanzeiten erfordern kürzere Szintillator-Abklingzeiten. Da die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung in CT-Scannern aufgrund von Fortschritten in Designs elektronischer Schaltungen zunimmt, ist es erwünscht, raschere Szintillatoren zu haben, d.h., kürzere Zeiten zwischen dem Empfang stimulierender Strahlungsimpulse, um die Vorteile der Kapazität des Scanners vollkommen zu nutzen. Irgendeine messbare prozentuale Abnahme in der Abklingzeit von der, die durch die gegenwärtige Generation keramischer Szintillatoren gezeigt wird, wäre eine deutliche Verbesserung. Das Vermindern der Abtastzeit erhöht die Anzahl von Patienten, die gescannt werden können, ebenso wie die Anzahl von Scans, die in einer einzigen Messung ausgeführt werden können, da jede Messung während der Messperiode ein Anhalten des Atmens durch einen Patienten erfordert. Kürzere Scanzeiten verringern auch ein Bildverwischen aufgrund der Bewegung interner Organe oder Bewegung, die auftritt, wenn Scans an nicht mitarbeitenden Patienten, wie kleinen Kindern, ausgeführt werden.
Eine andere wichtige Betrachtung für Szintillatoren ist die Verringerung der Beschädigung, die an dem Szintillator bei wiederholtem Aussetzen des Szintillators gegenüber Strahlung hoher Energie auftritt. Radiografische Ausrüstung, die Szintillatormaterialien in festem Zustand für die Umwandlung von Strahlung hoher Energie in eine optische Abbildung benutzen, können Veränderungen in der Wirksamkeit nach dem Aussetzen des Szintillators gegenüber hohen Strahlungsdosen aufweisen. Die Strahlungs-Beschädigung ist eine Charakteristik eines lumineszenten Materials, bei dem sich die Menge des aufgrund einer gegebenen Intensität stimulierender Strahlung durch das lumineszente Material emittierten Lichtes ändert, nachdem das Material einer hohen Strahlungsdosis ausgesetzt worden ist. Strahlungsschädigung in Szintillatoren ist charakterisiert durch eine Änderung in der Lichtabgabe und/oder einem Dunklerwerden in der Farbe des Szintillatorkörpers bei verlängertem Aussetzen gegenüber Strahlung. Strahlungsschädigung kann zu „Geistabbildungen“ von früheren Scans führen, die dadurch die Bildauflösung vermindern. Wird die Strahlungsschädigung zu stark, dann muss der Szintillator wegen der kumulierenden Wirkungen der Strahlungsschädigung ersetzt werden. Dies resultiert in beträchtlichen Kapitalkosten für den Ersatz des Szintillations-Nachweissystems. Zusätzlich können die Auswirkungen der Strahlungsschädigung ein Rekalibrieren des Abbildungssystems während des Arbeitstages erfordern. Eine solche Kalibrierung erfordert Zeit und setzt das Szintillatormaterial zusätzlicher Strahlung aus, die zu weiterer Beschädigung beiträgt.
In Systemen, wie CT-Scannern, ist es auch erwünscht, dass der Szintillator ein starkes Röntgenstrahl-Bremsvermögen aufweist, was sich auf die Fähigkeit eines Materials bezieht, Strahlung zu absorbieren, was üblicherweise Schwächung oder Absorption genannt wird. Ein Material mit einer großen Bremsvermögen gestattet nur wenig oder keiner Strahlung hindurchzugehen. Da die Röntgenstrahl-Bremsvermögen umgekehrt in Beziehung steht zu der Strahlungsdosis eines Patienten, die zum Erhalt von Abbildungen hoher Qualität eines Patienten erforderlich ist, kann ein Szintillator mit einer starken Röntgenstrahl-Bremsvermögen im Wesentlichen alle auftreffenden Röntgenstrahlen in dem lumineszenten Material absorbieren, um die Strahlungsdosis zu minimieren, der der Patient ausgesetzt werden muss, um die CT-Abbildung zu erhalten. Ein größeres Bremsvermögen ist auch bevorzugt, weil eine geringere Menge des Szintillatormaterials erforderlich ist. Somit sind dünnere Detektoren möglich, was zu geringeren Herstellungskosten führt.
In typischen medizinischen und industriellen radiografischen Anwendungen muss der Szintillator auch ein wirksamer Konverter von Röntgenstrahlung (oder anderer Strahlung hoher Energie) in optische Strahlung für die Regionen des elektromagnetischen Spektrums sein, die durch die Fotodiode nachgewiesen werden. Der Begriff „Lichtabgabe“, wie er hierin benutzt wird, ist die Menge sichtbaren Lichtes, die durch ein entsprechendes Szintillatorelement emittiert wird, nachdem es durch einen Impuls von Röntgenstrahlen angeregt worden ist.
Es besteht daher ein Bedarf, Szintillatormaterialien zu entwickeln, die eine kurze Abklingzeit (um die Scanzeit zu minimieren), vermindertes Nachglühen, hohe Lichtabgabe, verminderte Beschädigung nach wiederholtem Aussetzen gegenüber Strahlung hoher Energie, die typischerweise in Anwendungen eingesetzt wird, die Szintillatoren erfordern (um die Reproduzierbarkeit der Messungen zu erhöhen) und ein starkes Röntgenstrahl-Bremsvermögen haben. Es gibt auch einen Bedarf, Szintillatoren zu entwickeln, die kosteneffektiv herzustellen sind.
Wie oben erläutert, variieren die Eigenschaften des Szintillators stark auf der Grundlage der Materialzusammensetzung des Szintillators. Der Ersatz eines Seltenerdelementes durch ein anderes oder selbst eine winzige Änderung in der Konzentration eines Elementes in der Szintillator-Zusammensetzung kann signifikante Folgen auf die Leistungsfähigkeit des Szintillators haben. Obwohl daran gearbeitet wurde, zu identifizieren, wie gewisse Kombinationen von Elementen die Leistungsfähigkeit des Szintillators beeinflussen, ist noch nicht vollständig verstanden, wie und warum spezifische Elemente genau in Wechselwirkung treten, um die Leistungsfähigkeit des Szintillators zu beeinflussen. Der gegenwärtige Stand der Technik ist nicht in der Lage, die resultierenden Eigenschaften eines Szintillators aus der chemischen Zusammensetzung allein genau vorherzusagen.
Es wäre daher erwünscht, einen Szintillator zu entwickeln, der vermindertes Nachglühen, verbesserte Wirksamkeit, verbesserte Stabilität unter Bestrahlung und ein erwünschtes Röntgenstrahl-Bremsvermögen aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein szintillierendes Material mit einer Granatstruktur Gadolinium, Yttrium, Cer, Gallium und Aluminium auf. Das szintillierende Material ist ausgedrückt als (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO, worin A Lutetium, Lanthan, Terbium, Dysprosium oder eine Kombination davon ist, D Indium, Scandium oder eine Kombination davon ist, F ein zweiwertiges Ion ist, 0 ≤ x < 0,2, 0 < y < 0,5, 0,001 < z < 0,05, 0 1.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Seltenerdgranat-Szintillator-Zusammensetzung angegeben. Das Verfahren schließt die Stufe des Herstellens einer ersten Lösung, umfassend Mengen von Yttrium, mindestens einem von Lutetium, Lanthan, Terbium und Dysprosium und eines anderen zweiwertigen Ions als Magnesium ein. Das Verfahren schließt auch die Stufen des Auflösens der ersten Lösung in einer Säure zum Bilden einer zweiten Lösung und das Herstellen einer dritten Lösung durch Vermischen der zweiten Lösung mit Mengen von Gallium, Aluminium und Cer ein. Das Verfahren schließt weiter die Stufe des Erhitzens der dritten Lösung für eine genügende Zeit zum Umwandeln der dritten Lösung in eine Seltenerd-aktivierte Granat-Szintillator-Zusammensetzung ein. Die Komponenten in der ersten und ritten Lösung sind ausgewählt, um eine Szintillator-Zusammensetzung der Formel zu erhalten (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO, worin A mindestens ein Glied ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lutetium, Lanthan, Terbium und Dysprosium, D mindestens ein Glied ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Indium und Scandium, F ein zweiwertiges Ion ist und x im Bereich von und einschließend 0 bis 0,2 liegt, y in einem Bereich von etwa 0 bis 0,5 liegt, das Verhältnis von y zu x größer als 1 ist, z in einem Bereich von etwa 0,001 bis 0,05 liegt, u in einem Bereich von etwa 0 bis 0,1 liegt, n in einem Bereich von etwa 0 bis und einschließlich 0,2 liegt, m in einem Bereich von etwa 0,3 bis 0,6 liegt und w in einem Bereich von und einschließend 10 ppm bis und einschließend 300 ppm ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Detektorelement, das zum Anzeigen von Strahlung hoher Energie in der Lage ist, eine Cer-aktivierte Gadolinium-Aluminium-Gallium-Granat-Szintillatorzusammensetzung einer Formel (Gd_1-x-y-_zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO auf. A ist mindestens ein Seltenerdmetall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lu, La, Tb, Dy und irgendeiner Kombination davon, D ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus In und Sc, F umfasst ein anderes zweiwertiges Ion als Magnesium und x liegt in einem Bereich von und einschließend 0 bis 0,2, y liegt in einem Bereich von etwa 0 bis 0,5, das Verhältnis von y zu x ist größer als 1, z liegt in einem Bereich von etwa 0,001 bis 0,05, u liegt in einem Bereich von etwa 0 bis 0,1, n liegt in einem Bereich von etwa 0 bis und einschließlich 0,2, m liegt in einem Bereich von etwa 0,3 bis 0,6 und w liegt in einem Bereich von und einschließend 10 ppm bis und einschließend 300 ppm.
Verschiedene andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnung deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
In der Zeichnung:
ist 1 eine Bildansicht eines CT-Abbildungssystems,
ist 2 ein schematisches Blockdiagramm des in 1 veranschaulichten Systems,
ist 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Detektoranordnung eines CT-Systems,
ist 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Detektors,
ist 5 eine grafische Darstellung des prozentualen Nachglühens über die Zeit eines Granat-Szintillatormaterials auf Seltenerdgrundlage der vorliegenden Erfindung unter Röntgenstrahlanregung,
ist 6 eine Technik zum Herstellen eines keramischen Granat-Szintillatormaterials auf Seltenerdgrundlage,
ist 7 eine Herstellungslinie zum Herstellen eines keramischen Szintillatormaterials auf Seltenerdgrundlage,
ist 8 eine Bildansicht eines CT-Systems zum Gebrauch mit einem nicht-invasiven Verpackungs-Inspektionssystem.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf den Nachweis und die Umwandlung von Röntgenstrahlen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Erfindung gleichermaßen für den Nachweis und die Umwandlung anderer hochfrequenter elektromagnetischer Energie anwendbar ist. Die Betriebsumgebung der Erfindung ist mit Bezug auf einen CT-Scanner „der dritten Generation“ und ein Computertomografie (CT)-System mit vierundsechzig Schichten beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass Ausführungsformen dieser Erfindung gleichermaßen zum Gebrauch mit anderen Mehrschichten-Konfigurationen und anderen CT-Systemen anwendbar sind. Obwohl ein medizinisches CT-Abbildungssystem unten mit Bezug auf die Erfindung beschrieben ist, wird der Fachmann leicht erkennen, dass Ausführungsformen der Erfindung gleichermaßen auf verschiedene andere medizinische und industrielle Abbildungssysteme anwendbar sind, einschließlich Sicherheits- und industrielle CT-Anwendungen, Nuklearphysik- und andere Raumerforschungs-Anwendungen, Tiefbohren für Öl- und Gas-Exploration, Positronen-Emissionstomografie (PET), digitale Radiografie und andere Röntgenstrahlen-, Gammastrahlungs-, Ultraviolettstrahlungs- und Nuklearstrahlungs-Nachweisanwendungen.
Bezugnehmend auf 1 ist ein Computertomografie (CT)-Abbildungssystem 10 gezeigt, das ein Gerüst 12 aufweist, das repräsentativ für einen CT-Scanner einer „dritten Generation“ ist. Das Gerüst 12 hat eine Röntgenstrahlquelle 14, die einen Strahl von Röntgenstrahlen zu einer Detektorbaueinheit oder einem Kollimator 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Gerüstes 12 projiziert. Bezugnehmend auf 2 ist eine Detektorbaueinheit 18 durch eine Vielzahl von Detektoren 20 und Datenerfassungssysteme (DAS) 32 gebildet. Die vielen Detektoren 20 zeigen die projizierten Röntgenstrahlen 16 an, die durch einen medizinischen Patienten 22 hindurchgehen, und die DAS 32 wandelt die Daten in Digitalsignale für die nachfolgende Verarbeitung um. Jeder Detektor 20 erzeugt ein analoges elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahles repräsentiert und somit den geschwächten Strahl, wie er durch den Patienten 22 hindurchgeht. Während eines Scans zum Erfassen von Röntgenstrahl-Projektionsdaten rotieren das Gerüst 12 und die darauf montierten Komponenten um ein Rotationszentrum 24.
Die Rotation des Gerüstes 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlquelle 14 werden durch einen Regelmechanismus 26 des CT-Systems 10 geregelt. Der Regelmechanismus 26 weist einen Röntgenstrahlregler 28, der Energie- und Zeitsignale an eine Röntgenstrahlquelle 14 gibt, und ein Gerüstmotorregler 30 auf, der die Rotationsgeschwindigkeit und die Position des Gerüstes 12 regelt. Ein Bildrekonstruktor 34 empfängt gesammelte und digitalisierte Röntgenstrahldaten vom DAS 32 und führt eine Hochgeschwindigkeits-Rekonstruktion aus. Das rekonstruierte Bild wird als eine Eingabe an einen Computer 36 gelegt, der das Bild in einer Massenspeicher-Vorrichtung 38 speichert.
Computer 36 empfängt auch Anweisungen und Scanparameter von einer Bedienungsperson über eine Konsole 40, die eine Form eines Bedienungsperson-Interfaces aufweist, wie eine Tastatur, einer Maus, eines stimmaktivierten Controllers oder irgendeine andere geeignete Eingabevorrichtung. Eine dazugehörige Anzeigevorrichtung 42 gestattet es der Bedienungsperson, das rekonstruierte Bild und andere Daten vom Computer 36 zu beobachten. Die von der Bedienungsperson gelieferten Anweisungen und Parameter werden durch den Computer 36 benutzt, um Regelsignale und Information an die DAS 32, den Röntgenstrahlregler 28 und den Gerüstmotorregler 30 zu liefern. Zusätzlich betreibt der Computer 36 einen Tischmotorregler 44, der einen motorisierten Tisch 46 steuert, um den Patient 22 und das Gerüst 12 zu positionieren. Im Besonderen bewegt der Tisch 46 den Patienten 22 ganz oder teilweise durch eine Gerüstöffnung 48 von 1.
Wie in 3 gezeigt, weist die Detektorbaueinheit 18 Schienen 17 mit kollimierenden Schaufeln oder Platten 19 auf, die dazwischen angeordnet sind. Die Platten 19 sind derart positioniert, dass sie Röntgenstrahlen 16 kollimieren, bevor solche Strahlen auf z.B. den Detektor 20 von 4 auftreffen, der auf der Detektorbaueinheit 18 angeordnet ist. In einer Ausführungsform weist die Detektorbaueinheit 18 siebenundfünfzig Detektoren 20 auf, wobei jeder Detektor 20 eine Anordnungsgröße von 64 × 16 Szintillator- oder Pixelelementen 50 aufweist. Im Ergebnis hat die Detektorbaueinheit 18 vierundsechzig Reihen und neunhundertzwölf Spalten (16 × 57 Detektoren), was das gleichzeitige Sammeln von vierundsechzig Schichten von Daten mit jeder Rotation des Gerüstes 12 gestattet.
Bezugnehmend auf 4, weist der Detektor 20 die DAS 32 auf, wobei jeder Detektor 20 eine Anzahl von Szintillatorelementen 50 aufweist, die in einer Packung 51 angeordnet sind. Die Detektoren 20 weisen Stifte 52 auf, die innerhalb der Packung 51 mit Bezug auf Szintillatorelemente 50 positioniert sind. Die Packung 51 ist auf einer rückbeleuchteten Diodenanordnung 53 mit einer Vielzahl von Dioden 59 positioniert. Die rückbeleuchtete Diodenanordnung 53 ist ihrerseits auf einem Mehrschichtsubstrat 54 positioniert. Auf dem Vielschichtsubstrat 54 sind Abstandshalter 55 positioniert. Mit der rückbeleuchteten Diodenanordnung 53 sind Szintillatorelemente 50 optisch gekoppelt und die rückbeleuchtete Diodenanordnung 53 ist ihrerseits elektrisch mit dem Vielschichtsubstrat 54 gekoppelt. An der Fläche 57 des Vielschichtsubstrates 54 und an der DAS 32 sind flexible Schaltkreise 56 angebracht. Die Detektoren 20 sind durch die Benutzung der Stifte 52 innerhalb der Detektorbaueinheit 18 positioniert.
Im Betrieb einer Ausführungsform erzeugen innerhalb von Szintillatorelementen 50 auftreffende Röntgenstrahlen Photonen, die durch die Packung 51 hindurchgehen und dadurch ein Analogsignal erzeugen, das auf einer Diode innerhalb der rückbeleuchteten Diodenbaueinheit 53 nachgewiesen wird. Das erzeugte Analogsignal wird durch das Vielschichtsubstrat 54, durch flexible Schaltkreise 56 zur DAS 32 getragen, wo das Analogsignal in ein Digitalsignal umgewandelt wird.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Szintillatorelemente 50 eine Szintillator-Zusammensetzung mit einer Granatstruktur, die durch ein Ion eines Seltenerdmetalls aktiviert ist. Die Szintillator-Zusammensetzung ist wirksam durch Röntgenstrahlung anzuregen und emittiert wirksam Licht zum Nachweis durch die Fotodioden 59 der Diodenanordnung 53. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sprechen die Szintillatoren auf Röntgenstrahlanregung an und haben eine starke Lichtabgabe, vermindertes Nachglühen, verbesserte Stabilität unter Bestrahlung und ein starkes Röntgenstrahl-Bremsvermögen, wie detailliert weiter unten beschrieben wird. Alle hierin offenbarten Metalle sind in den Szintillator-Zusammensetzungen in kombinierter Form, üblicherweise als das Oxid statt in elementarer Form, vorhanden. Der Begriff „Szintillator“, wie er hierin benutzt wird, bedeutet ein lumineszierendes Material im festen Zustand, das sichtbares Licht aufgrund einer Anregung durch Strahlung hoher Energie, wie Röntgen-, Beta- oder Gamma-Strahlung emittiert.
Die Szintillator-Zusammensetzung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Seltenerd-aktivierter Granat, der Gadolinium und Yttrium enthält und eine allgemeine Formel aufweist: (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO, worin A mindestens ein Glied ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lutetium, Lanthan, Terbium und Dysprosium, D mindestens ein Glied ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Indium und Scandium, F mindestens ein Glied ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einen anderen zweiwertiges Ion als Magnesium ist, wie Calcium, Strontium, Barium, Zink und/oder Nickel z in dem Bereich von etwa 0,001 bis und einschließend 0,05 liegt, x in dem Bereich von und einschließend 0 bis 0,2 liegt, y in dem Bereich von 0 bis 0,5 liegt, u in dem Bereich von 0 bis 0,1 liegt, n in dem Bereich von und einschließlich 0 bis 0,2 liegt, m in dem Bereich von etwa 0,3 bis 0,6 liegt und w in dem Bereich von und einschließend etwa 10 ppm (Masse) bis und einschließend 300 ppm (Masse) liegt. Das Verhältnis von y zu x ist größer als 1. In einer Ausführungsform liegt x vorzugsweise in dem Bereich von 0,05 bis 0,2 und y liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,005 bis 0,5.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Szintillator mit Cer aktiviert und hat ein Emissionsband, das um etwa 560 nm zentriert ist. Aufgrund des raschen Überganges von Cer ist die Abklinggeschwindigkeit dieses Szintillators sehr rasch mit einer primären Abklingzeit von weniger als 200 ns. Während hierin Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, die Cer als Aktivator benutzen, wird der Fachmann erkennen, dass andere Seltenerdmetalle, wie z.B. Praseodym oder Neodym, eingesetzt werden können.
Das Einbeziehen von Yttrium, Lutetium, Dysprosium und/oder Terbium in die Szintillator-Zusammensetzung ergibt eine verbesserte Stabilität der kubischen Granatstruktur gegenüber einem Gadolinium-Szintillator. Gadolinium hat einen größeren Ionenradius als Yttrium, Lutetium, Dysprosium oder Terbium und neigt zur Förderung einer Perovskitstruktur (GdAlO₃). Zu viel Perovskitphase in der Szintillator-Zusammensetzung führt zu unerwünschten Szintillatoreigenschaften, einschließlich geringerer Transparenz, weniger Lichtabgabe aufgrund einer Lichtstreuung und weniger gleichförmigem Material. Die Zugabe eines oder mehrerer Elemente mit einem kleineren Ionenradius, wie Yttrium, Lutetium, Terbium oder Dysprosium, hilft, die Granatstruktur beizubehalten und zu stabilisieren.
Ausführungsformen der Szintillator-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung führen Yttrium, das ein relativ leichtes Seltenerdelement ist, gleichzeitig mit einem oder mehreren relativ schweren Seltenerdelementen ein, wie Lutetium, Dysprosium und Terbium. Die Mischung von relativ leichten und relativ schweren Seltenerdelementen führt zu einer Hebelwirkung der Vorteile von Yttrium, das die Menge des Perovskitphasen-Materials in der Szintillator-Zusammensetzung vermindert, mit den Vorteilen schwererer Seltenerdelemente, die die Dichte des Szintillatormaterials erhöhen und helfen, eine starke Bremswirkung auf die Strahlung beizubehalten. Wie oben ausgeführt, ist das Verhältnis der relativ schweren Seltenerdelemente, y, zu relativ leichten Seltenerdelementen, x, in der Szintillator-Zusammensetzung größer als 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Szintillator ein Lutetium-Gadolinium-Aluminium-Gallium-Granat, aktiviert mit Cer, dotiert mit Calciumoxid, der die Formel Gd_2,849Lu_0,15Ce_0,005Ga_1,998Al_2,998O₁₂:(25–100 ppm)CaO hat.
Konfigurationen der Szintillator-Zusammensetzung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben verminderte Schäden beim Aussetzen gegenüber Strahlung hoher Energie mit Bezug auf bekannte Szintillator-Zusammensetzungen. Auch haben solche Szintillator-Zusammensetzungen den Vorteil, dass sie es erlauben, einen Szintillator auf einer Detektoranordnung dünner abzuscheiden, während sie noch immer Röntgenstrahlen abbremsen (und daher die Detektoranordnung davor schützen), die sonst durch bekannte Szintillator-Zusammensetzungen hindurchgehen würden. Die dünnere Szintillator-Zusammensetzung gestattet eine optische Durchlässigkeit von Szintillatoren, die wirksamer ist, weil weniger Material zu durchdringen ist. Es gibt auch weniger Lichtabprallungen an Kanten des Szintillators, während das Licht zu einer Detektordiode wandert. Dünnere Szintillator-Überzüge sind auch leichter herzustellen, weil weniger Material geschnitten werden muss, um Detektormodule herzustellen und es ist einfacher, die Module richtig auszurichten.
Der Einsatz anderer zweiwertiger Ionen als Magnesium, wie, z.B., Calcium, Strontium, Barium und Zink, als Dotierungsmittel resultiert aufgrund von Ladungskompensations-Effekten in einer Szintillator-Zusammensetzung mit signifikant verbessertem Nachglühen, verglichen mit undotierten Proben. Die durch die zweiwertigen Ionen verursachten Defekte können beim Freisetzen aus Fallen helfen und einige Defekte beseitigen, die sich nahe der Kante des Wirtsleitungsbandes befinden, wodurch die Zeit verringert wird, während der Elektroden gehalten werden und den Durchgang beschleunigen. Zweiwertige Ionen, wie Calcium, Strontium, Barium und Zink, vermindern die Lichtabgabe nicht so stark wie Magnesium, wenn sie als ein Dotierungsmittel eingesetzt werden, was das Verhältnis von Signal-zu-Rauschen (SNR) und die Bildqualität verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Szintillator-Zusammensetzung die Formel (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wSrO, worin x, y, z, u, m und n die oben genannten Werte aufweisen und w im Bereich von 10 ppm bis 300 ppm liegt.
In 5 ist das prozentuale Nachglühen im Verlaufe der Zeit für zwei Proben 80, 82 von Szintillator-Zusammensetzungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt, nachdem sie mit Röntgenstrahlen angeregt wurden. Die Proben 80, 82 wurden mit 50 ppm Calcium dotiert. Für Vergleichszwecke ist auch das Nachglühen einer undotierten Probe 84, die in einer ähnlichen Weise wie die Proben 80, 82 angeregt wurde, angegeben, Wie gezeigt, ist das prozentuale Nachglühen der Proben 80, 82 signifikant geringer über die Zeit als das der undotierten Probe 84.
In 6 ist eine Technik 100 zum Fabrizieren eines keramischen Granat-Szintillators auf Seltenerdgrundlage mit der allgemeinen Formel
(Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO offenbart. Bei Stufe 102 werden die Seltenerdelemente ausgewählt. Eine oder mehrere Säuren, wie Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäure, werden z.B. bei Stufe 104 ausgewählt. Die Seltenerdelemente und Säure werden zum Bilden einer gelösten Säurelösung, die ein oder mehrere Seltene Erden darin gelöst aufweist, bei Stufe 106 kombiniert. Ein anderes zweiwertiges Ione als Magnesium kann auch bei Stufe 106 hinzugegeben werden. In einer Ausführungsform wird das zweiwertige Ion in der Form eines Oxids hinzugegeben.
Bei Stufe 108 werden Quellen von Gallium, Aluminium und Cer ausgewählt und mit der gelösten Säurelösung bei Stufe 110 vermischt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird Gallium in der Form irgendeiner Anzahl von Verbindungen hinzugegeben, einschließlich, darauf jedoch nicht beschränkt, Ga₂O₃, NH₄Ga(SO₄)₂·12H₂O, GaCl₃·xH₂O, Ga(NO₃)·xH₂O und Ga₂(SO₄)₃·xH₂O. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird Aluminium in der Form irgendeiner Anzahl von Verbindungen hinzugegeben, einschließlich, darauf jedoch nicht beschränkt, NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O, AlCl₃·xH₂O, Al(NO₃)₃·xH₂O und Al₂(SO₄)₃·xH₂O und (NH₄Al(OH)₂CO₃). Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird Cer in der Form irgendeiner Anzahl von Verbindungen hinzugegeben, einschließlich, aber darauf nicht beschränkt, Cercarbonat, Cersulfat, Cernitrat und Cerchlorid.
Nach dem Vermischen der Komponenten bei Stufe 110 wird bei Stufe 112 eine homogene Metallsalzlösung gebildet. Zu der homogenen Metallsalzlösung wird eine Base hinzugegeben und damit umgesetzt, wobei die Base bei Stufe 114 ausgewählt wird. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung schließt die Base, ohne darauf beschränkt zu sein, Ammoniumhydroxid, Ammoniumbicarbonat, Ammoniumcarbonat oder Kombinationen davon ein, sodass ein Vorstufenniederschlag bei Stufe 116 gebildet wird. Bei Stufe 118 wird der Vorstufenniederschlag gewaschen und getrocknet und die Teilchengröße durch ein nicht-mechanisches Verfahren, wie Gefriertrocknen, bei Stufe 119 verringert. Wird gefriergetrocknet, dann wird ein feuchter Kuchen des Niederschlags unter Vakuum gefroren, wie im Stande der Technik bekannt. Bei Stufe 120 wird das gefriergetrocknete Produkt zum Bilden eines gleichförmigen Oxids wärmebehandelt. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Teilchengröße durch ein Luftmahl- oder Strahlmahlverfahren verringert. Luftmahlen (oder Strahlmahlen) kann entweder vor dem Wärmebehandeln der Stufe 120 oder danach ausgeführt werden.
Durch Verringern der Teilchengröße entweder durch Gefriertrocknen oder Luftmahlen kann ein luftiges Pulver mit wenig Agglomeration und einer guten Sinterbarkeit realisiert werden, während wenig oder keine Verunreinigung eingeführt wird, verglichen mit konventionellen Mahlverfahren, die, z.B., Aluminiumoxid oder andere Mahlmedien benutzen. Nach dem Wärmebehandeln bei Stufe 120 wird eine „grüne“ Keramikscheibe bei Stufe 122 hergestellt. Wie im Stande der Technik bekannt, ist eine grüne Keramikscheibe eine Keramik in ihrem ungeglühten Zustand. Die grüne Keramikscheibe wird bei Stufe 124 gesintert, wie im Stande der Technik bekannt, und das Verfahren endet bei Stufe 126.
Technik 100 kann in einer Herstellungslinie 200 ausgeführt werden, wie sie in 7 veranschaulicht ist. 7 zeigt eine Anzahl von Vorrichtungen, die in einem Herstellungsverfahren zum Ausführen der Technik 100 eingesetzt werden können. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erfindung nicht auf die in 7 veranschaulichten Vorrichtungen beschränkt ist, sondern dass Technik 100 unter Einsatz mehr oder weniger als der dargestellten Vorrichtungen oder unter Einsatz äquivalenter Vorrichtungen ausgeführt werden kann. So veranschaulicht die Herstellungslinie 200 z.B. einen Mischbottich 202, in dem eine Base, seltene Erden, Säuren und Ga/Al/Ce-Quellenmaterialien vermischt werden. Es sollte jedoch klar sein, dass der Mischbottich 202 mehrere Unterstufen einschließen kann, und dass der Mischbottich 202 lediglich illustrativ für das ist, was ein oder mehrere Vorrichtungen sein können.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann der Mischbottich 202 einen einzelnen Mischbottich einschließen, in den alle Komponenten gegeben und vermischt werden, oder der Mischbottich 202 kann in Unterstufen unterteilt werden, wobei, z.B., seltene Erden und Säuren (entsprechend Stufen 102 und 104 der Technik 100) zur Bildung einer gelösten Säurelösung, wie in Stufe 106 der Technik 100, vermischt werden. Nach dem Vermischen der Seltenerdelemente und der Säuren kann die resultierende gelöste Säurelösung zu einer anderen Unterstufe übertragen werden, wo Komponenten vermischt werden können, entsprechend Stufe 108, und Ga-, Al- und Ce-Quellenmaterialien hinzugegeben werden können. Der Fachmann wird erkennen, dass alle solche Stufen in multiplen Vorrichtungen ausgeführt werden können, und dass die in der Herstellungslinie 200 veranschaulichten Vorrichtungen einfach illustrativ für Vorrichtungen sind, die den in Technik 100 beschriebenen Stufen entsprechen.
Herstellungslinie 200 schließt einen Separator 204 ein, der den Niederschlag, der aus der homogenen Metallsalzlösung, die in Stufe 112 gebildet ist und nach der Zugabe der Basenmaterialien bei Stufe 114 resultiert, entfernt oder filtriert. Es wird somit ein Pulver von einer Flüssigkeit getrennt, gewaschen und im Separator 204 getrocknet. Die Teilchengröße wird in einer die Teilchengröße vermindernden Vorrichtung 206 vermindert, die, wie oben beschrieben, ein Gefriertrockner oder eine Luftmühle sein kann. Das getrocknete Pulver wird dann in einem Wärmebehandler 208 wärmebehandelt.
Pulver, das in der Größe vermindert worden ist, wird in der Vorrichtung 210 zum Zusammenpressen zusammengepresst, um eine grüne Keramikscheibe zu bilden, wie im Stande der Technik bekannt. Die grüne Keramikscheibe wird in Vorrichtung 212 gesintert und das Verfahren endet bei 214, wo eine fertige Keramik fertig zur Endbearbeitung zu einem Detektor ist, wie im Stande der Technik bekannt.
In 8 schließt ein Verpackungs/Gepäck-Inspektionssystem 300 ein rotierbares Gerüst 302 mit einer Öffnung 304 darin ein, durch die Verpackungen oder Gepäckstücke hindurchgehen können. Das rotierbare Gerüst 302 enthält eine Quelle 306 hochfrequenter elektromagnetischer Energie ebenso wie eine Detektorbaueinheit 308 mit Szintillatoranordnungen, die aus Szintillatorzellen zusammengesetzt sind ähnlich denen, die in den 3 und 4 gezeigt sind. Ein Fördersystem 310 ist auch bereitgestellt und weist ein Förderband 312 auf, das durch eine Struktur 314 abgestützt ist, um automatisch und kontinuierlich Verpackungen oder Gepäckstücke 316 durch die Öffnung 304 zum Scannen zu befördern. Die Gegenstände 316 werden durch das Förderband 312 durch Öffnung 304 befördert, dann werden Abbildungsdaten gesammelt und das Förderband 312 entfernt die Verpackungen 316 aus der Öffnung 304 in einer geregelten und kontinuierlichen Weise. Als ein Resultat können Postinspektoren, Personen zum Handhaben von Gepäck und anderes Sicherheitspersonal nicht-invasiv den Inhalt der Verpackungen 316 auf Explosivstoffe, Messer, Gewehre, Schmuggelware usw. inspizieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schließt ein szintillierendes Material mit einer Granatstruktur Gadolinium, Yttrium, Cer, Gallium und Aluminium ein. Das szintillierende Material ist ausgedrückt als (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO, worin A Lutetium, Lanthan, Terbium, Dysprosium oder eine Kombination davon ist, D Indium, Scandium oder eine Kombination davon ist, F ein zweiwertiges Ion ist, 0 ≤ x < 0,2, 0 < y < 0,5, 0,001 < z < 0,05, 0 1.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Seltenerdgranat-Szintillatorzusammensetzung angegeben. Das Verfahren schließt die Stufe des Herstellens einer ersten Lösung ein, die Mengen von Yttrium, mindestens eines von Lutetium, Lanthan, Terbium und Dysprosium und ein anderes zweiwertiges Ion als Magnesium umfasst. Das Verfahren schließt auch die Stufen des Auflösens der ersten Lösung in einer Säure zum Bilden einer zweiten Lösung und Herstellen einer dritten Lösung durch Vermischen der zweiten Lösung mit Mengen von Gallium, Aluminium und Cer ein. Das Verfahren schließt weiter die Stufe des Glühens der dritten Lösung für eine genügende Zeit ein, um die dritte Lösung in eine seltenerd-aktivierte Granat-Szintillatorzusammensetzung umzuwandeln. Die Komponenten in der ersten und dritten Lösung sind ausgewählt, um eine Szintillator-Zusammensetzung der Formel zu erhalten (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO, worin A zumindest ein Glied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lutetium, Lanthan, Terbium und Dysprosium ist, D zumindest ein Glied, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Indium und Scandium ist, F ein zweiwertiges Ion ist und x in einem Bereich von und einschließend 0 bis 0,2 liegt, y in einem Bereich von etwa 0 bis 0,5 liegt, das Verhältnis von y zu x größer als 1 ist, z in einem Bereich von etwa 0,001 bis 0,05 liegt, u in einem Bereich von etwa 0 bis 0,1 liegt, n in einem Bereich von etwa 0 bis und einschließlich 0,2 liegt, m in einem Bereich von etwa 0,3 bis 0,6 liegt und w in einem Bereich von und einschließend 10 ppm bis und einschließend 300 ppm liegt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist ein Detektorelement, das zum Nachweisen von Strahlung hoher Energie in der Lage ist, eine Cer-aktivierte Gadolinium-Aluminium-Gallium-Granat-Szintillatorzusammensetzung der Formel (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO auf. A ist mindestens ein Seltenerdmetall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lu, La, Tb, Dy oder irgendeiner Kombination davon, D ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus In und Sc, F umfasst ein anderes zweiwertiges Ion als Magnesium und x liegt in einem Bereich von und einschließend 0 bis 0,2, y liegt in einem Bereich von etwa 0 bis 0,5, das Verhältnis von y zu x ist größer als 1, z liegt in einem Bereich von etwa 0,001 bis 0,05, u liegt in einem Bereich von etwa 0 bis 0,1, n liegt in einem Bereich von etwa 0 bis und einschließlich 0,2, m liegt in einem Bereich von etwa 0,3 bis 0,6 und w liegt in einem Bereich von und einschließend 10 ppm bis und einschließend 300 ppm.
Diese Beschreibung benutzt Beispiele zum Offenbaren der Erfindung einschließlich der besten Art und auch, um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen, einschließlich des Herstellens und Benutzens irgendwelcher Vorrichtungen und Systeme und des Ausführens irgendwelcher dazugehöriger Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele einschließen, die sich dem Fachmann ergeben. Solche anderen Beispiele sollen in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zum Wortlaut der Ansprüche einschließen.
Ein Detektor zum Nachweisen von Strahlung hoher Energie ist offenbart. Der Detektor weist szintillierendes Material mit einer Granatstruktur auf, das Gadolinium, Yttrium, Cer, Gallium und Aluminium einschließt. Das szintillierende Material ist ausgedrückt als (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO, worin A Lutetium, Lanthan, Terbium, Dysprosium oder eine Kombination davon ist, D Indium, Scandium oder eine Kombination davon ist, F ein zweiwertiges Ion ist, 0 ≤ x < 0,2, 0 < y < 0,5, 0,001 < z < 0,05, 0 1 ist.

Claims

Szintillierendes Material mit einer Granatstruktur, umfassend: Gadolinium, Yttrium, Cer, Gallium und Aluminium, worin das szintillierende Material ausgedrückt ist als (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO worin A Lutetium, Lanthan, Terbium, Dysprosium oder eine Kombination davon ist, worin D Indium, Scandium oder eine Kombination davon ist, worin F ein zweiwertiges Ion ist, worin 0 ≤ x < 0,2, 0 < y < 0,5, 0,001 < z < 0,05, 0 1.
Szintillierendes Material nach Anspruch 1, worin das szintillierende Material einen Einkristall umfasst.
Szintillierendes Material nach Anspruch 1, worin das szintillierende Material einen Polykristall umfasst.
Szintillierendes Material nach Anspruch 1, worin F ein anderes zweiwertiges Ion als Magnesium umfasst.
Szintillierendes Material nach Anspruch 1, worin F Calcium umfasst
Szintillierendes Material nach Anspruch 1, worin das zweiwertige Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Calcium, Strontium, Barium und Zink.
Szintillierendes Material nach Anspruch 1, worin 0,05 < y < 0,5 ist.
Szintillierendes Material nach Anspruch 1, worin 0,05 < x < 0,2 ist.
Szintillierendes Material nach Anspruch 1, worin das szintillierende Material Gd_2,849Lu_0,15Ce_0,005Ga_1,998Al_2,998O₁₂:wCaO und worin 25 ppm ≤ w ≤ 100 ppm ist.
Verfahren zum Herstellen einer Seltenerdgranat-Szintillatorzusammensetzung, wobei das Verfahren die Stufen umfasst: Herstellen einer ersten Lösung umfassend Mengen von: Yttrium mindestens eines von Lutetium, Lanthan, Terbium und Dysprosium und eines anderen zweiwertigen Ions als Magnesium, Auflösen der ersten Lösung in einer Säure zum Bilden einer zweiten Lösung, Herstellen einer dritten Lösung durch Mischen der zweiten Lösung mit Mengen von Gallium, Aluminium und Cer, Glühen der dritten Lösung für eine genügende Zeit, um die dritte Lösung in eine Seltenerd-aktivierte Granat-Szintillatorzusammensetzung umzuwandeln, worin Komponenten in der ersten und dritten Lösung ausgewählt sind, um eine Szintillator-Zusammensetzung der Formel zu erhalten (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO worin A mindestens ein Glied ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lutetium, Lanthan, Terbium und Dysprosium ist, D mindestens ein Glied ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Indium und Scandium ist, F ein zweiwertiges Ion ist und worin x in einem Bereich von und einschließend 0 bis 0,2 liegt, y in einem Bereich von etwa 0 bis 0,5 liegt, das Verhältnis von y zu x größer als 1 ist, z in einem Bereich von etwa 0,001 bis 0,05 liegt, u in einem Bereich von etwa 0 bis 0,1 liegt, n in einem Bereich von etwa 0 bis und einschließlich 0,2 liegt, m in einem Bereich von etwa 0,3 bis 0,6 liegt und w in einem Bereich von und einschließend 10 ppm bis und einschließend 300 ppm liegt.
Verfahren nach Anspruch 10, worin Komponenten in der ersten und dritten Lösung ausgewählt sind, um eine Szintillator-Zusammensetzung zu erhalten, die Gd_2,849Lu_0,15Ce_0,005Ga_1,998Al_2,998O₁₂:wCaO umfasst, worin 25 ppm ≤ w ≤ 100 ppm ist.
Detektorelement, das zum Nachweisen von Strahlung hoher Energie in der Lage ist, umfassend: eine Cer-aktivierte Gadolinium-Aluminium-Gallium-Granat-Szintillatorzusammensetzung der Formel (Gd_1-x-y-zY_xA_yCe_z)_3+u(Ga_1-m-nAl_mD_n)_5-uO₁₂:wFO worin A mindestens ein Seltenerdmetall ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lu, La, Tb, Dy oder irgendeiner Kombination davon, worin D ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus In und Sc, worin F ein anderes zweiwertiges Ion als Magnesium umfasst und worin x in einem Bereich von und einschließend 0 bis 0,2, liegt, y in einem Bereich von etwa 0 bis 0,5 liegt, das Verhältnis von y zu x größer als 1 ist, z in einem Bereich von etwa 0,001 bis 0,05 liegt, u in einem Bereich von etwa 0 bis 0,1 liegt, n in einem Bereich von etwa 0 bis und einschließlich 0,2 liegt, m in einem Bereich von etwa 0,3 bis 0,6 liegt und w in einem Bereich von und einschließend 10 ppm bis und einschließend 300 ppm liegt.
Detektorelement nach Anspruch 12, worin F ein oder mehrere Elemente sind, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ca, Sr, Ba, Zn und Ni.
Detektorelement nach Anspruch 13, worin F Sr ist.
Detektorelement nach Anspruch 12, worin die Granat-Szintillatorzusammensetzung in der Lage ist, sichtbares Licht aufgrund von hochenergiereicher Strahlung zu emittieren, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Röntgen-, Beta- und Gammastrahlung.
Detektorelement nach Anspruch 12, worin die Granat-Szintillatorzusammensetzung Gd_2,849Lu_0,15Ce_0,005Ga_1,998Al_2,998O₁₂:wCaO umfasst, worin 25 ppm ≤ w ≤ 100 ppm ist.
Detektorelement nach Anspruch 12, worin 0,05 < y < 0,5 ist.
Detektorelement nach Anspruch 12, worin 0,05 < x < 2 ist.
Detektorelement nach Anspruch 12, worin die Granat-Szintillatorzusammensetzung einen Einkristall umfasst.
Detektorelement nach Anspruch 12, worin die Granat-Szintillatorzusammensetzung einen Polykristall umfasst.