DE112014003342T5

DE112014003342T5 - Ternäre Metallhalid-Szintillatoren

Info

Publication number: DE112014003342T5
Application number: DE112014003342.1T
Authority: DE
Inventors: Luis Stand; Mariya Zhuravleva; Charles L. Melcher
Original assignee: University of Tennessee Research Foundation
Current assignee: University of Tennessee Research Foundation
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-03-31
Also published as: WO2015010055A4; CN105555916B; US20170190969A1; JP2016531170A; CN105555916A; US9695356B1; WO2015010055A1; US20160168458A1; US9624429B2; JP6526651B2; US20180105745A1

Abstract

Metallhalid-Szintillatoren werden beschrieben. Insbesondere beinhalten die Szintillatoren dotierte (z. B. Europium-dotierte) ternäre Metallhalide, wie solche der Formeln A2BX4 und AB2X5, wobei A ein Alkalimetall wie Li, Na, K, Rb, Cs oder jegliche Kombination davon ist, B ein Erdalkalimetall wie Be, Mg, Ca, Sr, Ba oder jegliche Kombination davon ist, und X ein Halid wie Cl, Br, I, F oder jegliche Kombination davon ist. Strahlungsdetektoren umfassend die neuen Metallhalid-Szintillatoren und weitere ternäre Metallhalide, wie solche der Formeln A2EuX4 und AEu2X5, wobei A ein Alkalimetall und X ein Halid ist, sind auch beschrieben.

Description

VERBUNDENE ANMELDUNGEN
Der vorliegend offenbarte Gegenstand beruht auf und beruft sich auf die vorläufige U.S. Patentanmeldung mit Seriennummer 61/856,393, welche am 19. Juli 2013 eingereicht wurden, und deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit hiermit durch Referenz aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Der vorliegend offenbarte Gegenstand betrifft ternäre Metallhalid-Szintillatormaterialien, wie Europium enthaltende ternäre Metallhalid-Szintillatormaterialien. Der vorliegend offenbarte Gegenstand betrifft weiter Strahlungsdetektoren umfassend die Szintillatormaterialien, Verfahren der Verwendung der Szintillatormaterialien zur Detektion von Strahlung, und Verfahren zur Herstellung der Szintillatormaterialien.
ABKÜRZUNGEN

%

= Prozent

°C

= Grad Celsius

μs

= Mikrosekunden

Ba

= Barium

Be

= Beryllium

Br

= Bromid

Ca

= Calcium

Ce

= Cer

Cl

= Chlorid

Cs

= Caesium

cm

= Centimeter

CT

= Computertomographie

Eu

= Europium

F

= Fluorid

g

= Gramm

I

= Iodid

In

= Indium

K

= Kalium

Li

= Lithium

LO

= Lichtleistung

MeV

= Megaelektronenvolt

Mg

= Magnesium

Na

= Natrium

nm

= Nanometer

ns

= Nanosekunden

PET

= Positronen-Emissions-Tomographie

ph

= Photonen

PL

= Photolumineszenz

PMT

= Photovervielfacherröhre („photomultiplier tube”)

Pr

= Praseodym

Rb

= Rubidium

RL

= Radiolumineszenz

RT

= Raumtemperatur

SPECT

= Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (single photon emission computed tmography)

Sr

= Strontium

Tb

= Terbium

Tl

= Thallium

TL

= Thermolumineszenz

Yb

= Ytterbium

HINTERGRUND
Szintillatormaterialien, welche Lichtpulse als Antwort auf einwirkende Strahlung wie Röntgenstrahlung, Gammastrahlung und thermische Neutronenstrahlung emittieren, werden in Detektoren verwendet, die eine breite Anwendungsvielfalt bei der medizinischen Bildgebung, in der Partikelphysik, in der geologischen Erkundung sowie der Sicherheit und weiteren verwandten Gebieten haben. Aspekte zur Auswahl der Szintillatormaterialien beinhalten dabei üblicherweise Leuchtkraft, Zerfallszeit und Emissionswellenlänge in Betracht gezogen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Wohingegen eine Vielzahl von Szintillatormaterialien hergestellt wurde, besteht ein kontinuierlicher Bedarf für zusätzliche Szintillatormaterialien, z. B. um eine oder mehrere bestimmte Anforderungen verschiedener Anwendungen zu erfüllen.
ZUSAMMENFASSUNG
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein Szintillatormaterial bereit, umfassend eine der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V), oder (VI): A₂B_(1-y)L_yX₄ (I); AB_2(1-y)L_2yX₅ (II); A'_2(1-y)L'_2yBX₄ (III); A'_(1-y)L'_yB₂X₅ (IV); A''_2(1-y)L''_2yBX₄ (V); oder A''_(1-y)L''_yB₂X₅ (VI); wobei: 0,0001 ≤ y ≤ 0,5; A ein oder mehrere Alkalimetalle ist; A' ein oder mehrere ist aus der Gruppe, umfassend Li, K, Rb und Cs; A'' Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren weiteren Alkalimetallen ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle ist; L ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Eu, Ce, Tb, Yb und Pr; L' ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Tl, In und Na; L'' ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Tl und In; und X ein oder mehrere Halide ist.
In einigen Ausführungsformen ist A oder A' ausgewählt aus K, Rb und Cs. In einigen Ausführungsformen ist B ausgewählt aus Sr und Ba. In einigen Ausführungsformen ist X ausgewählt aus Cl, Br und I. In einigen Ausführungsformen ist L Eu und das Szintillatormaterial ist A₂B_(1-y)Eu_yX₄ oder AB_2(1-y)Eu_2yX₅. In einigen Ausführungsformen ist 0,01 ≤ y ≤ 0,1. In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ y ≤ 0,05.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillatormaterial A₂B_0,95Eu_0,05X₄ oder AB_2(0,975)Eu_2(0,025)X₅. In einigen Ausführungsformen ist das Szintillatormaterial ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand einen Strahlungsdetektor bereit, umfassend einen Photodetektor und ein Szintillationsmaterial, wobei das Szintillationsmaterial eine der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V), oder (VI) umfasst. In einigen Ausführungsformen ist der Detektor eine medizinisch-diagnostische Vorrichtung, eine Vorrichtung zur Ölerschließung, oder eine Vorrichtung zum Scannen von Containern oder Gepäck. In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein Verfahren zum Detektieren von Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, kosmischer Strahlung und/oder Partikeln mit einer Energie von 1 keV oder größer bereit, wobei das Verfahren die Verwendung des Strahlungsdetektors umfassend den Photodetektor und das Szintillationsmaterial einer der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V), oder (VI) umfasst.
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand einen Strahlungsdetektor bereit, umfassend einen Photodetektor und ein Szintillationsmaterial, wobei das Szintillationsmaterial eine von Formeln (I'), (II'), (III'), (IV'), (V'), oder (VI') umfasst: A₂B_(1-z)L_zX₄ (I'); AB_2(1-z)L_2zX₅ (II'); A'_2(1-z)L'_2zBX₄ (III'); A'_(1-z)L'_zB₂X₅ (IV'); A''_2(1-z)L''_2zBX₄ (V'); oder A''_(1-z)L''_zB₂X₅ (VI'); wobei: 0,0001 ≤ z ≤ 1,0; A ein oder mehrere Alkalimetalle ist; A' ein oder mehrere ist aus der Gruppe, umfassend Li, K, Rb und Cs; A'' Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren weiteren Alkalimetallen ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle ist; L ausgewählt ist aus Eu, Ce, Tb, Yb und Pr; L' ausgewählt ist aus Tl, In und Na; L'' ausgewählt ist aus Tl und In; und X ein oder mehrere Halide ist. In einigen Ausführungsformen ist A oder A' ausgewählt aus K, Rb und Cs. In einigen Ausführungsformen ist B ausgewählt aus Sr und Ba. In einigen Ausführungsformen ist X ausgewählt aus Cl, Br und I. In einigen Ausführungsformen ist L Eu und das Szintillatormaterial umfasst A₂B_(1-z)Eu_zX₄ oder AB_2(1-z)Eu_2zX₅.
In einigen Ausführungsformen ist 0,01 ≤ z ≤ 0,1. In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ z ≤ 0,05. In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillationsmaterial A₂B_0,95Eu_0,05X₄ oder AB_2(0,975)Eu_2(0,025)X₅. In einigen Ausführungsformen ist das Szintillationsmaterial ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
In einigen Ausführungsformen ist z 1. In einigen Ausführungsformen ist das Szintillationsmaterial K₂EuCl₄ oder RbEu₂Cl₅ ist.
In einigen Ausführungsformen ist der Detektor eine medizinisch-diagnostische Vorrichtung, eine Vorrichtung zur Ölerschließung, oder eine Vorrichtung zum Scannen von Containern oder Gepäck. In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein Verfahren zum Detektieren von Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, kosmischer Strahlung und/oder Partikeln mit einer Energie von 1 keV oder größer bereit, wobei das Verfahren die Verwendung des Strahlungsdetektors umfasst.
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung eines Szintillatormaterials umfassend eine der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V), oder (VI) bereit, wobei das Verfahren ein Erhitzen einer Mischung von Rohmaterialien über ihre jeweiligen Schmelztemperaturen umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren: (a) Bereitstellen einer Mischung von Rohmaterialien, wobei die Rohmaterialien in einem stöchiometrischen Verhältnis gemäß einer der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V), oder (VI) bereitgestellt werden; (b) Verschließen bzw. Versiegeln („sealing”) der Mischung in einen verschlossenen bzw. versiegelten Behälter; (c) Erhitzen der Mischung auf ungefähr 20°C über dem Schmelzpunkt des Rohmaterials mit dem höchsten Schmelzpunkt für eine Zeitdauer; (d) Kühlen der Mischung auf ungefähr Raumtemperatur; und (e) optional Wiederholen der Schritte (c) und (d). einigen Ausführungsformen wird das Szintillatormaterial in polykristalliner Form hergestellt.
Entsprechend ist es eine Aufgabe des vorliegend offenbarten Gegenstands, ternäre Metallhalid-Szintillatormaterialien und Strahlungsdetektoren umfassend ternäre Metallhalid-Szintillatormaterialien; Verfahren zum Detektieren von Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, kosmischer Strahlung und/oder Partikeln mit einer Energie von 1 keV oder größer mit den Strahlungsdetektoren; und Verfahren zur Herstellung der Szintillatormaterialien bereitzustellen.
Durch vorstehende Angabe einer Aufgabe des vorliegend offenbarten Gegenstands, welche im Ganzen oder zum Teil durch den vorliegend offenbarten Gegenstand gelöst wird, werden weitere Gegenstände mit Fortschritt der Beschreibung nachstehend ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, welches die Feuchtigkeitsaufnahmekurven (bei 25°C und 40% relativer Feuchtigkeit) für Szintillatormaterialien des vorliegend offenbarten Gegenstands zeigt. Die Materialien beinhalten CsSr₂I₅:Eu 2.5% (-- -- --); K₂SrBr₄:Eu 5% (–– – – ––); KSr₂Br₅:Eu 2.5% (–– – –– -); K₂BaI₄:Eu 5% (- –– –– ––); KBa₂I₅:Eu 2.5% (- - - -); K₂BaBr₄:Eu 5% (.........); und RbSr₂Cl₅:Eu 2.5% (- - - - - - - - - -). Die Feuchtigkeitsaufnahmekurven für mit 5 Atom% Cer aktiviertem Lanthantribromid (LaBr₃:Ce 5%; (–– ––)) und Thallium aktiviertes Natriumiodid (NaI:Tl; (––)) sind zum Vergleich auch gezeigt.
2A ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (durchgezogene Linie) und Anregungs-(gestrichelte Linie)Spektren von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumiodid (K₂BaI₄:Eu 5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 280 Nanometern (nm) bis ungefähr 420 nm und einen Emissionspeak bei 440 nm.
2B ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (gestrichelte Linie) und Anregungs-(durchgezogene Linie)Spektren von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumbromid (K₂BaBr₄:Eu 5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 280 Nanometern (nm) bis ungefähr 410 nm und einen Emissionspeak bei 434 nm.
2C ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (durchgezogene Linie) und Anregungs-(gestrichelte Linie)Spektren von Kaliumeuropiumchlorid (K₂EuCl₄) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 300 Nanometern (nm) bis ungefähr 427 nm und einen Emissionspeak bei 474 nm.
2D ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (gestrichelte Linie) und Anregungs-(durchgezogene Linie)Spektren von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumbariumchlorid (Rb₂BaCl₄:Eu 2,5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 260 Nanometern (nm) bis ungefähr 406 nm und einen Emissionspeak bei 437 nm.
2E ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (gestrichelte Linie) und Anregungs-(durchgezogene Linie)Spektren von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumbromid (K₂SrBr₄:Eu 5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 286 Nanometern (nm) bis ungefähr 410 nm und einen Emissionspeak bei 434 nm.
2F ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (gestrichelte Linie) und Anregungs-(durchgezogene Linie)Spektren von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumstrontiumchlorid (RbSr₂Cl₅:Eu 2,5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 280 Nanometern (nm) bis ungefähr 415 nm und einen Emissionspeak bei 426 nm.
2G ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (gestrichelte Linie) und Anregungs-(durchgezogene Linie)Spektren von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumbromid (LSr₂Br₅:Eu 2,5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 280 Nanometern (nm) bis ungefähr 420 nm und einen Emissionspeak bei 432 nm.
2H ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (gestrichelte Linie) und Anregungs-(durchgezogene Linie)Spektren von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumiodid (KBa₂I₅:Eu 2,5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 280 Nanometern (nm) bis ungefähr 415 nm und einen Emissionspeak bei 441 nm.
2I ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (gestrichelte Linie) und Anregungs-(durchgezogene Linie)Spektren von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Caesiumstrontiumiodid (CsSr₂I₅:Eu 2,5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 285 Nanometern (nm) bis ungefähr 420 nm und einen Emissionspeak bei 446 nm.
2J ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (durchgezogene Linie) und Anregungs-(gestrichelte Linie)Spektren von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumstrontiumbromid (RbSr₂Br₅:Eu 2,5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 270 Nanometern (nm) bis ungefähr 411 nm und einen Emissionspeak bei 427 nm.
2K ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (durchgezogene Linie) und Anregungs-(gestrichelte Linie)Spektren von Rubidiumeuropiumchlorid (RbEu₂Cl₅) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 270 Nanometern (nm) bis ungefähr 429 nm und einen Emissionspeak bei 440 nm.
2L ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (durchgezogene Linie) und Anregungs-(gestrichelte Linie)Spektren von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumbariumbromid (RbBa₂Br₅:Eu 2,5%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 270 Nanometern (nm) bis ungefähr 401 nm und einen Emissionspeak bei 427 nm.
2M ist ein Diagramm, das die Photolumineszenz-Emissions- (durchgezogene Linie) und Anregungs-(gestrichelte Linie)Spektren von mit 4 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumiodid (KSr₂I₅:Eu 4%) zeigt. Es gibt einen breiten Anregungsbereich von ungefähr 316 Nanometern (nm) bis ungefähr 433 nm und einen Emissionspeak bei 446 nm.
3A ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumiodid (K₂BaI₄:Eu 5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 449 Nanometern (nm).
3B ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumbromid (K₂BaBr₄:Eu 5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 430 Nanometern (nm).
3C ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von Kaliumeuropiumchlorid (K₂EuCl₄) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 475 Nanometern (nm).
3D ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumbariumchlorid (Rb₂BaCl₄:Eu 5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 436 Nanometern (nm).
3E ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumbromid (K₂SrBr₄:Eu 5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 445 Nanometern (nm).
3F ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumstrontiumchlorid (RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 426 Nanometern (nm).
3G ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumbromid (KSr₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 427 Nanometern (nm).
3H ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumiodid (KBa₂I₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 442 Nanometern (nm).
3I ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Caesiumstrontiumiodid (CsSr₂I₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 441 Nanometern (nm).
3J ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumstrontiumbromid (RbSr₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 430 Nanometern (nm).
3K ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von Rubidiumeuropiumchlorid (RbEu₂Cl₅) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 440 Nanometern (nm).
3L ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumbariumbromid (RbBa₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 425 Nanometern (nm).
3M ist ein Diagramm, das das mit Röntgenstrahlung angeregte Lumineszenz-Spektrum von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumiodid (KSr₂I₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Emissionspeak ist bei 452 Nanometern (nm).
4A ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumiodid (K₂BaI₄:Eu 5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 806.
4B ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumbromid (K₂BaBr₄:Eu 5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 700.
4C ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von Kaliumeuropiumchlorid (K₂EuCl₄) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 367.
4D ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumbariumchlorid (Rb₂BaCl₄:Eu 5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 335.
4E ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumbromid (K₂SrBr₄:Eu 5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 400.
4F ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumstrontiumchlorid (RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 670.
4G ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumbromid (KSr₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 1050.
4H ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumiodid (KBa₂I₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 1115.
4I ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Caesiumstrontiumiodid (CsSr₂I₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 993.
4J ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumstrontiumbromid (RbSr₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 662.
4K ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von Rubidiumeuropiumchlorid (RbEu₂Cl₅) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 580.
4L ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumbariumbromid (RbBa₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 585.
4M ist ein Diagramm, das die Lichtleistung von mit 4 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumiodid (KSr₂I₅:Eu 4%) zeigt. Der Photopeak ist bei Kanal Nummer 1510.
5A ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumiodid (K₂BaI₄:Eu 5%) zeigt.
5B ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumbromid (K₂BaBr₄:Eu 5%) zeigt.
5C ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von Kaliumeuropiumchlorid (K₂EuCl₄) zeigt.
5D ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumbromid (K₂SrBr₄:Eu 5%) zeigt.
5E ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumbariumchlorid (Rb₂BaCl₄:Eu 5%) zeigt.
5F ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumstrontiumchlorid (RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%) zeigt.
5G ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumbromid (KSr₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt.
5H ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Kaliumbariumiodid (KBa₂I₅:Eu 2.5%) zeigt.
5I ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Caesiumstrontiumiodid (CsSr₂I₅:Eu 2.5%) zeigt.
5J ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumstrontiumbromid (RbSr₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt.
5K ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von Rubidiumeuropiumchlorid (RbEu₂Cl₅) zeigt.
5L ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 2,5 Atom% Europium aktiviertem Rubidiumbariumbromid (RbBa₂Br₅:Eu 2.5%) zeigt.
5M ist ein Diagramm, das die Szintillationszerfallkurve von mit 4 Atom% Europium aktiviertem Kaliumstrontiumiodid (KSr₂I₅:Eu 4%) zeigt.
6 ist eine schematische Zeichnung eines Apparats zur Detektion von Strahlung gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand. Der Apparat 10 beinhaltet einen Photodetektor 12, der optisch mit dem Szintillatormaterial 14 gekoppelt ist. Der Apparat 10 kann optional Elektronik 16 zum Aufnehmen und/oder Anzeigen eines elektronischen Signals vom Photodetektor 12 beinhalten. Daher kann optional Elektronik 16 in elektronischer Kommunikation mit dem Photodetektor 12 stehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Der vorliegend offenbarte Gegenstand wird nunmehr weitgehender beschrieben. Der vorliegend offenbarte Gegenstand kann jedoch in verschiedenen Formen ausgestaltet sein und sollte nicht derart ausgelegt werden, dass er auf die hiernach und in den beigefügten Beispielen dargelegten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass die Offenbarung gründlich und komplett ist und vollständig den Umfang der Ausführungsformen dem Fachmann übermittelt.
Alle hierin aufgeführten Referenzen, inklusive – aber nicht beschränkt auf – alle Patente, Patentanmeldungen und Veröffentlichungen davon, und wissenschaftlichen Journalartikel, sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen zu dem Ausmaß, das sie Methoden, Techniken und/oder hierin angewendete Zusammensetzungen ergänzen, erklären, einen Hintergrund dazu bereitstellen oder diese lehren.
I. Definitionen
Obgleich davon ausgegangen wird, dass die folgenden Ausdrücke wohlverstanden für den Fachmann sind, werden die folgenden Definitionen dargelegt, um die Erläuterung des vorliegend offenbarten Gegenstands zu unterstützen.
Wenn nicht anders definiert haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie üblicherweise von einem Fachmann auf dem entsprechenden Gebiet, zu dem der vorliegend offenbarte Gegenstand gehört, verstanden wird.
Entsprechend langjähriger Patentrechtsübereinkommen beziehen sich die Ausdrücke „ein”, „eine”, „eines” und „der”, „die” und „das” auf „ein oder mehr”, wenn sie in dieser Anmeldung, einschließlich der Ansprüche, verwendet werden.
Der Ausdruck „und/oder” bezieht sich, wenn er zur Beschreibung von zwei oder mehr Sachen oder Bedingungen verwendet wird, auf Situationen, wo alle genannten Sachen oder Bedingungen vorhanden oder anwendbar sind, oder auf Situationen, wo nur eine (oder weniger als alle) der Sachen oder Bedingungen vorhanden oder anwendbar ist (sind).
Die Verwendung des Ausdrucks „oder” in den Ansprüchen wird benutzt, um „und/oder” zu bedeuten, wenn nicht explizit angezeigt wird, dass er sich nur auf Alternativen bezieht oder die Alternativen sich gegenseitig ausschließen, obwohl die Offenbarung eine Definition unterstützt, die sich nur auf Alternativen und „und/oder” bezieht. Wie hierin verwendet kann „ein andere(r/s)” bzw. „ein weitere(r/s)” zumindest ein zweite(r/s) oder mehr bedeuten.
Der Ausdruck „umfassend”, welcher synonym zu „beinhaltend”, „enthaltend” oder „charakterisiert durch” ist, ist inklusiv oder offen und schließt nicht zusätzliche, nicht genannte Elemente oder Verfahrensschritte aus. „Umfassend” ist ein Fachausdruck, der in der Sprache der Ansprüche verwendet wird und welcher bedeutet, dass die genannten Elemente wesentlich sind, aber weitere Elemente hinzugefügt werden können und immer noch ein Konstrukt im Umfang des Anspruchs bilden.
Wie hierin verwendet schließt der Ausdruck „bestehend aus” jegliche Elemente, Schritte oder Zutaten aus, die nicht im Anspruch angegeben sind. Wenn der Ausdruck „bestehend aus” in einem Abschnitt des Aufbaus des Anspruchs auftritt anstelle dessen, dass er unmittelbar der Präambel folgt, schränkt er nur die in diesem Abschnitt dargelegten Elemente ein, und andere Elemente sind nicht vom Anspruch insgesamt ausgeschlossen.
Wie hierin verwendet schränkt der Ausdruck „bestehend im Wesentlichen aus” den Umfang eines Anspruchs auf die genannten Materialien oder Schritte, plus solche, welche nicht materiell die grundlegende(n) und neue(n) Eigenschaft(en) des beanspruchten Gegenstands beeinflussen.
Mit Bezug auf die Ausdrücke „umfassend”, „bestehend aus” und „bestehend im Wesentlichen aus” kann, wenn einer dieser drei Ausdrücke hierin verwendet wird, der vorliegend offenbarte und beanspruchte Gegenstand die Verwendung von jeglichem der beiden anderen Ausdrücke beinhalten.
Soweit nicht anderweitig angezeigt sollen alle Zahlen, die Maße an Zeit, Temperatur, Lichtleistung, Atomprozenten (%) und so weiter, die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, ausdrücken, derart verstanden werden, dass sie in jeglichen Fällen mit dem Ausdruck „ungefähr” modifiziert sind. Entsprechend sind, wenn nicht gegenteilig angegeben, die in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen dargelegten numerischen Parameter Annäherungen, welche abhängig von den erwünschten Eigenschaften, die durch den vorliegend offenbarten Gegenstand erhalten werden sollen, variieren können.
Wie hierin verwendet soll der Ausdruck „ungefähr”, wenn er sich auf einen Wert bezieht, in einem Beispiel Variationen von ±20% oder ±10%, in einem weiteren Beispiel ±5%, in einem weiteren Beispiel ±1%, in noch einem weiteren Beispiel ±0,1% von der angegebenen Menge umfassen, so solche Variationen geeignet sind, die offenbarten Verfahren durchzuführen.
Der Ausdruck „Szintillator” bezieht sich auf ein Material, dass in Antwort auf eine Anregung durch Strahlung hoher Energie (z. B. X-, α-, β-, oder γ-Strahlung) Licht (z. B. sichtbares Licht) emittiert.
In einigen Ausführungsformen kann der Ausdruck der Zusammensetzungsformel eines Szintillatormaterials einen Doppelpunkt „:” enthalten, wobei die Zusammensetzung des Hauptszintillatormaterials auf der linken Seite des Doppelpunkts angezeigt ist und der Aktivator oder Dotierstoff auf der rechten Seite des Doppelpunkts angezeigt ist. Die Atomprozente des Dotierstoff- oder Aktivatorions kann auch auf der rechten Seite des Doppelpunkts angezeigt sein. Für die vorliegend offenbarten ternären Metallszintillatoren, die ein Alkalimetall und ein Erdalkalimetall umfassen, können die Atomprozente eines zweiwertigen Dotierstoffions (z. B. eines zweiwertigen Europiumions) in Atomprozenten relativ zur Gesamtmenge von Dotierstoff und Erdalkalimetall angegeben werden. Daher kann das Dotierstoffion ein zweiwertiges Ion sein, das für eine Prozentzahl des zweiwertigen Erdalkalimetallions in der Basis- (z. B. Haupt- oder undotierten) ternären Metallhalidzusammensetzung substituiert. Beispielsweise stellt K₂BaBr₄:Eu 5% ein K₂BaBr₄ Szintillatormaterial dar, welches durch Europium aktiviert ist, wobei 5 Atom% des Bariums durch Europium ersetzt sind. In einigen Ausführungsformen ist der Dotierstoff ein monovalentes Ion, das für eine Prozentzahl des Alkalimetallions in der grundlegenden ternären Metallhalidzusammensetzung substituiert. Daher können die Atom% eines monovalenten Dotierstoffs als Atom% relativ zu der Gesamtmenge von Dotierstoff und Alkalimetall angegeben werden. Der Ausdruck „Strahlung hoher Energie bzw. hochenergetische Strahlung” kann sich auf elektromagnetische Strahlung beziehen, die eine Energie aufweist, die höher ist als die von ultravioletter Strahlung, beinhaltend, aber nicht beschränkt auf X-Strahlung (z. B. Röntgenstrahlung), Alpha-(α-)Partikel, Gamma-(γ-)Strahlung und Beta-(β-)Strahlung. In einigen Ausführungsformen bezieht sich die Strahlung hoher Energie auf Gammastrahlung, kosmische Strahlung, Röntgenstrahlung und/oder Partikel mit einer Energie von 1 keV oder größer. Die hierin beschriebenen Szintillatormaterialien können als Bestandteile von Strahlungsdetektoren in Apparaten wie Zählern, Bildverstärkern und Computertomografie-(CT-)Scannern verwendet werden. „Optisches Koppeln bzw. optische Kopplung”, wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein physikalisches Koppeln bzw. eine physikalische Kopplung zwischen einem Szintillator und einem Lichtsensor, z. B. durch die Anwesenheit von optischem Fett („optical grease”) oder einer weiteren optischen Kopplungsverbindung (oder einer Verbindung zur Anpassung des Index („index matching compound”), welche die Spalte zwischen dem Szintillator und dem Lichtsensor überbrückt. Zusätzlich zu optischem Fett können optische Kopplungsverbindungen z. B. Flüssigkeiten, Öle und Gele beinhalten. „Lichtleistung” kann sich auf die Anzahl von Lichtphotonen beziehen, die pro Einheit deponierter bzw. abgeladener („deposited”) Energie produziert werden, z. B. durch einen detektierten Gammastrahl – typischerweise auf die Anzahl von Lichtphotonen/MeV. Wie hierin verwendet werden chemische Ionen typischerweise einfach durch ihr chemisches Elementsymbol alleine (z. B. Eu für (ein) Europiumion(en) (z. B. Eu²⁺) oder Na für (ein) Natriumion(en) (z. B. Na⁺)) dargestellt. In ähnlicher Weise werden hierin die Ausdrücke „Alkalimetall” und „Erdalkalimetall” derart verwendet, dass sie sich jeweils auf ein Alkalimetallion oder Alkalimetallionen und ein Erdalkalimetallion oder Erdalkalimetallionen beziehen.
II. Generelle Überlegungen
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein Szintillatormaterial bereit, dass ein ternäres Metallhalid umfasst, welches mit Europium (Eu) und/oder einem oder mehreren weiteren Dotierstoffen (z. B. Cer (Ce), Praseodym (Pr), Terbium (Tb), Ytterbium (Yb), Thallium (Tl), Indium (In), Natrium (Na) und weiteren Dotierstoffen, welche in Antwort auf die Absorption von Energie lumineszieren können) dotiert oder aktiviert ist. Zum Beispiel kann das grundlegende ternäre Metallhalid, das aktiviert oder dotiert ist, eine Formel A₂BX₄ oder AB₂X₅ haben, wobei A ein Alkalimetall oder Alkalimetalle ist, B ein Erdalkalimetall oder Erdalkalimetalle ist; und X ein oder mehrere Halid(e) ist. In einigen Ausführungsformen kann das grundlegende ternäre Metallhalid, das aktiviert oder dotiert ist, die Formel A'₂BX₄ oder A'B₂X₅ haben, wobei A' ein Alkalimetall oder Alkalimetalle ist, das bzw. die von Na verschieden ist bzw. sind; B ein oder mehrere Erdalkalimetall(e) ist; und X ein oder mehrere Halid(e) ist. In einigen Ausführungsformen kann das grundlegende ternäre Metallhalid, das aktiviert oder dotiert ist, die Formel A''₂BX₄ oder A''B₂X₅ haben, wobei A'' Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren zusätzlichen Alkalimetall(en) ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetall(e) ist; und X ein oder mehrere Halid(e) ist. Der Europium-Dotierstoff, der weitere Dotierstoff oder die Dotierstoffmischung kann alle Erdalkalimetalle oder einen Teil des Erdalkalimetalls (z. B. wenn das Dotierstoffion zweiwertig ist oder zweiwertige Ionen beinhaltet) und/oder alle Alkalimetalle und/oder einen Teil der Alkalimetalle (wenn das Dotierstoffion ein einwertiges Ion ist oder solche beinhaltet) ersetzen.
In einigen Ausführungsformen ersetzt der Dotierstoff oder die Dotierstoffe bis zu 50 Atom% des Erdalkalimetalls bzw. der Erdalkalimetalle oder des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle (z. B. bis zu 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 4, 3, 2 oder ungefähr 1 Atom% des Erdalkalimetalls bzw. der Erdalkalimetalle oder des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle). In einigen Ausführungsformen ersetzt der Dotierstoff oder die Dotierstoffe bis zu 20 Atom% des Erdalkalimetalls bzw. der Erdalkalimetalle oder des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle oder zwischen ungefähr 2,5 Atom% und ungefähr 10 Atom% des Erdalkalimetalls bzw. der Erdalkalimetalle oder des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle.
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein ternäres Metallhalid-Szintillatormaterial der Formeln (I), (II), (IIIa) oder (IVa) bereit: A₂B_(1-y)L_yX₄ (II); AB_2(1-y)L_2yX₅ (II); A_2(1-y)L'_2yBX₄ (IIIa); oder A_(1-y)L'_yB₂X₅ (IVa); wobei: A ein oder mehrere Alkalimetalle, wie Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Caesium (Cs) oder eine Kombination davon ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle wie Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) oder eine Kombination davon ist; L ein zweiwertiger Dotierstoff oder eine Mischung zweiwertiger Dotierstoffe (z. B. ausgewählt aus Eu, Ce, Tb, Yb und Pr) ist; L' ein einwertiger Dotierstoff oder eine Mischung einwertiger Dotierstoffe (z. B. ausgewählt aus Tl, In und Na) ist; und X ein oder mehrere Halide wie Fluorid (F), Chlorid (Cl), Bromid (Br), Iodid (I) oder eine Kombination davon ist; und 0,0001 ≤ y ≤ 0,5, unter der Voraussetzung, dass im Materialien der Formel (IIIa) oder der Formel (IVa) L' – wenn A Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren zusätzlichen Alkalimetallen ist – ein einwertiger Dotierstoff oder eine Mischung von einwertigen Dotierstoffen, die von Na verschieden sind, ist (z. B. L' ausgewählt ist aus Tl und In). Daher kann das Szintillatormaterial in einigen Ausführungsformen Europium und/oder andere Dotierstoff enthaltende Metalltetrahalide und -pentahalide umfassen, wobei die Metalltetrahalide und -pentahalide Alkalimetall- und Erdalkalimetallionen umfassen können. In einigen Ausführungsformen kann das Szintillatormaterial eine Mischung von zwei oder mehreren Materialien der Formeln (I), (II), (IIIa) und/oder (IVa) umfassen.
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein ternäres Metallhalid-Szintillatormaterial von einer der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V) oder (VI) bereit: A₂B_(1-y)L_yX₄ (I); AB_2(1-y)L_2yX₅ (II); A'_2(1-y)L'_2yBX₄ (III); A'_(1-y)L'_yB₂X₅ (IV); A''_2(1-y)L''_2yBX₄ (V); oder A''_(1-y)L''_yB₂X₅ (VI); wobei: A ein oder mehrere Alkalimetalle, wie Li, Na, K, Rb, Cs oder eine Kombination davon ist; A' ein oder mehrere Alkalimetalle ist, das bzw. die von Na verschieden ist bzw. sind; A'' Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren zusätzlichen Alkalimetallen (z. B. Li, K, Rb oder Cs) ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle wie Be, Mg, Ca, Sr, Ba oder eine Kombination davon ist; L ein zweiwertiger Dotierstoff oder eine Mischung zweiwertiger Dotierstoffe (z. B. ausgewählt aus Eu, Ce, Tb, Yb und Pr) ist; L' ein einwertiger Dotierstoff oder eine Mischung einwertiger Dotierstoffe (z. B. ausgewählt aus Tl, In und Na) ist; L'' ein einwertiger Dotierstoff ist, der von Na verschieden ist (z. B. ausgewählt aus Tl und In); und X ein oder mehrere Halide wie F, Cl, Br, I oder eine Kombination davon ist; und wobei 0,0001 ≤ y ≤ 0,5. In einigen Ausführungsformen kann das Szintillatormaterial eine Mischung von zwei oder mehreren Materialien der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V) und/oder (VI) umfassen.
Das Alkalimetall A kann jegliches geeignetes Alkalimetall oder eine Kombination von Alkalimetallen sein. In einigen Ausführungsformen ist A ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen ist A' ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Li, K, Rb und Cs. In einigen Ausführungsformen ist A oder A' ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K, Rb und Cs. In einigen Ausführungsformen ist A'' Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren von Li, K, Rb und Cs.
Das Erdalkalimetall B kann jegliches geeignete Erdalkalimetall oder eine Kombination von Erdalkalimetallen sein. In einigen Ausführungsformen ist B ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen ist B ausgewählt aus Sr und Ba.
Das Halid X kann jegliches geeignete Halid oder eine Kombination von Haliden, z. B. I, F, Br und Cl, sein. In einigen Ausführungsformen ist X ausgewählt aus Cl, Br und I.
In einigen Ausführungsformen ist L Eu, Ce, Tb, Yb oder Pr. In einigen Ausführungsformen ist L Eu, Ce oder Pr. In einigen Ausführungsformen ist L Eu (welches als Eu²⁺ vorhanden sein kann). In einigen Ausführungsformen ersetzt L (z. B. Eu) ungefähr 20 Atom% oder weniger des Erdalkalimetalls oder der Erdalkalimetalle. In einigen Ausführungsformen ersetzt L (z. B. Eu) zwischen ungefähr 1 Atom% und ungefähr 10 Atom% des Erdalkalimetalls oder der Erdalkalimetalle. In einigen Ausführungsformen ist 0,01 ≤ y ≤ 0,1 (z. B. ist y ungefähr 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09 oder ungefähr 0,10). In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ y ≤ 0,05. In einigen Ausführungsformen ersetzt L (z. B. Eu) ungefähr 2,5, 4 oder ungefähr 5 Atom% des Erdalkalimetalls. In einigen Ausführungsformen hat das Szintillatormaterial eine der Formeln: A₂B_0.95Eu_0.05X₄ oder AB_2(0.975)Eu_2(0.025)X₅.
In einigen Ausführungsformen ist L' Tl, In oder Na und L' ersetzt ungefähr 20 Atom% oder weniger des Alkalimetalls oder der Alkalimetalle A'. In einigen Ausführungsformen ersetzt L' zwischen ungefähr 1 Atom% und ungefähr 10 Atom% des Alkalimetalls oder der Alkalimetalle A' (z. B. ist y ungefähr 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09 oder ungefähr 0,10). In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ y ≤ 0,05.
In einigen Ausführungsformen ist L'' Tl oder In und L'' ersetzt ungefähr 20 Atom% oder weniger von A''. In einigen Ausführungsformen ersetzt L'' zwischen ungefähr 1 Atom% und ungefähr 10 Atom% des Alkalimetalls oder der Alkalimetalle A'' (z. B. ist y ungefähr 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09 oder ungefähr 0,10). In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ y ≤ 0,05.
Beispielhafte Szintillatormaterialien des vorliegend offenbarten Gegenstands können beinhalten, aber sind nicht beschränkt auf, K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
In einigen Ausführungsformen kann der Aktivator oder Dotierstoff bis zu ungefähr 100 Atom% des Alkalimetalls oder der Alkalimetalle oder des Erdalkalimetalls oder der Erdalkalimetalle ersetzen. Daher kann das Szintillatormaterial in einigen Ausführungsformen eine der Formeln (I'), (II'), (IIIa') oder (IVa') umfassen: A₂B_(1-z)L_zX₄ (I'); AB_2(1-z)L_2zX₅ (II'); A_2(1-z)L'_2zBX₄(IIIa'); oder A_(1-z)L'_zB₂X₅ (IVa'); wobei: 0,0001 ≤ z ≤ 1,0, und A ein oder mehrere Alkalimetalle (z. B. Li, Na, K, Rb oder Cs) ist;; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle (z. B. Be, Mg, Ca, Sr oder Ba) ist; L ein zweiwertiger Dotierstoff oder eine Mischung zweiwertiger Dotierstoffe (z. B. Eu, Ce, Tb, Yb oder Pr) ist; L' ein einwertiger Dotierstoff oder eine Mischung einwertiger Dotierstoffe (z. B. Tl, In oder Na) ist; und X ein oder mehrere Halide ist, unter der Voraussetzung, dass im Materialien der Formel (IIIa') oder (IVa') L' – wenn A Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren zusätzlichen Alkalimetallen ist – von Na verschieden ist (z. B. L' Tl oder In ist). In einigen Ausführungsformen kann das Szintillatormaterial eine Mischung von zwei oder mehreren Materialien der Formeln (I'), (II'), (IIIa') und/oder (IVa') umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das Szintillatormaterial eine der Formeln (I'), (II'), (III'), (IV'), (V') oder (VI') umfassen: A₂B_(1-z)L_zX₄ (I'); AB_2(1-z)L_2zX₅ (II'); A'_2(1-z)L'_2zBX₄ (III'); A'_(1-z)L'_zB₂X₅ (IV'); A''_2(1-z)L''_2zBX₄ (V'); oder A''_(1-z)L''_zB₂X₅ (VI'); wobei: 0,0001 ≤ z ≤ 1,0, und A, A', A'', B, L, L' und L'' wie in Formeln (I), (II), (III), (IV), (V) und (VI) definiert sind. In einigen Ausführungsformen kann das Szintillatormaterial eine Mischung von zwei oder mehreren Materialien der Formeln (I'), (II'), (III'), (IV'), (V') und/oder (VI') umfassen.
In einigen Ausführungsformen ist 0,01 ≤ z ≤ 0,1. In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ z ≤ 0,05. In einigen Ausführungsformen kann das Szintillationsmaterial der Formeln (I') oder (II') A₂B_0.95Eu_0.05X₄ oder AB_2(0.975)Eu_2(0.025)X₅ umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Szintillatormaterial der Formeln (I') oder (II') ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend, aber nicht beschränkt auf: K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
In einigen Ausführungsformen ist 0,5 < z ≤ 1,0 (d. h. z ist größer als 0,5 und weniger als oder gleich 1). Daher ersetzt der Aktivator oder Dotierstoff in einigen Ausführungsformen zwischen ungefähr 50,01 Atom% und ungefähr 100 Atom% des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle oder des Erdalkalimetalls bzw. der Erdalkalimetalle.
In einigen Ausführungsformen ist z 1; das Erdalkalimetall ist nicht vorhanden; und das Szintillationsmaterial umfasst A₂LX₄ oder AL₂X₅. In einigen Ausführungsformen ist L Eu und das Szintillationsmaterial hat eine der Formeln: A₂EuX₄ oder AEu₂X₅, wobei A ein oder mehrere Alkalimetalle ist und X ein oder mehrere Halide ist. In einigen Ausführungsformen ist A ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K, Rb und Cs. In einigen Ausführungsformen ist X ausgewählt aus Cl, Br und I. In einigen Ausführungsformen ist das Szintillationsmaterial K₂EuCl₄ oder RbEu₂Cl₅.
In einigen Ausführungsformen ist z 1; das Alkalimetall ist nicht vorhanden; und das Szintillationsmaterial umfasst L'₂BX₄ oder L'B₂X₅, z. B. wobei L' Tl, In oder Na ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle (z. B. Be, Mg, Ca, Sr oder Ba) ist; und X ein oder mehrere Halide (z. B. F, Cl, Br oder I) ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillationsmaterial oder L''₂BX₄ oder L''B₂X₅, wobei L'' Tl oder In ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle ist; und X ein oder mehrere Halide ist. In einigen Ausführungsformen ist B Sr oder Ba. In einigen Ausführungsformen ist X Cl, Br oder I.
Das Szintillationsmaterial kann ein Einkristall, ein polykristallines Material und/oder eine Keramik sein. Mit „Einkristall” ist ein Material gemeint, dass durch ein Flüssigphasen-Verfahren mit wenigen oder keinen Korngrenzen hergestellt wird und wobei jedes benachbarte Kristallkorn generell dieselbe Orientierung hat. In einigen Ausführungsformen kann das Material polykristallin und/oder keramisch sein und Kristalle von verschiedener Größe und/oder Orientierung enthalten.
Das vorliegend offenbarte Szintilllationsmaterial kann eine hohe Lichtleistung, eine verwendbare Emissionswellenlänge, geringe Schmelzpunkte, übereinstimmendes („congruent”) Schmelzen und praktisches Kristallwachstum haben. In einigen Ausführungsformen hat das Szintillationsmaterial eine relativ geringe Neigung, Wasser zu absorbieren, z. B. im Vergleich zu anderen bekannten Metallhalid-Szintillationsverbindungen. In einigen Ausführungsformen ist das Material weniger hygroskopisch als LaBr₃:Ce (z. B. bei 25°C und 40% relativer Feuchtigkeit). In einigen Ausführungsformen ist das Material weniger hygroskopisch als NaI:Tl (z. B. bei 25°C und 40% relativer Feuchtigkeit). In einigen Ausführungsformen hat das Material eine ungefähr 2% oder weniger (z. B. ungefähr 2,0, 1,5, 1,0, 0,5% oder weniger) Gewichtsveränderung unter erwünschten Bedingungen, wie beispielsweise bei 25°C und 40% relativer Feuchtigkeit oder bei 25°C und 70% relativer Feuchtigkeit über einen Dauer von ungefähr eine Stunde oder mehr.
IV. Strahlungsdetektoren, verwandte bzw. ähnliche Vorrichtungen und Verfahren
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand einen Strahlungsdetektor bereit, der ein wie oben beschriebenes Szintillatormaterial oder eine Mischung solcher Materialien umfasst. Der Strahlungsdetektor kann einen Szintillator (welcher Strahlung absorbiert und Licht emittiert) und einen Photodetektor (welcher das emittierte Licht detektiert) umfassen. Der Photodetektor kann jeglicher geeignete Detektor oder jegliche geeignete Detektoren sein und kann oder kann nicht optisch mit dem Szintillatormaterial gekoppelt sein, um ein elektrisches Signal in Antwort auf die Emission von Licht vom Szintillatormaterial zu produzieren. Daher kann der Photodetektor so ausgestaltet sein, dass er Photonen in ein elektrisches Signal umwandelt. Beispielsweise kann ein Signalverstärker bereitgestellt werden, um ein Ausgangssignal einer Photodiode in ein Spannungssignal umzuwandeln. Der Signalverstärker kann auch so gestaltet sein, dass er das Spannungssignal verstärkt. Elektronik, die mit dem Photodetektor assoziiert ist, kann verwendet werden, um das elektronische Signal zu formen und zu digitalisieren.
Mit Bezug auf 6 stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand in einigen Ausführungsformen einen Apparat bzw. ein Gerät 10 zur Detektion von Strahlung bereit, wobei der Apparat einen Photodetektor 12 und ein Szintillatormaterial 14 (z. B. ein Europium enthaltendes ternäres Metallhalid) umfasst. Das Szintillatormaterial 14 kann Strahlung in Licht umwandeln, welches durch ein ladungsgekoppeltes Bauelement bzw. einen CCD-Sensor (CCD) oder eine Photovervielfacherröhre (PMT) oder andere Photodetektoren 12 effektiv und mit schneller Rate gesammelt werden kann.
Wiederum mit Bezug auf 6 kann der Photodetektor 12 jeglicher geeignete Detektor oder jegliche geeignete Detektoren sein, und kann optisch (z. B. durch optisches Fett oder eine andere optische Kopplungsverbindung, wie ein optisches Kopplungsöl („coupling oil”) oder eine optische Kopplungsflüssigkeit („coupling liquid”)) mit dem Szintillator (z. B. dem Europium enthaltenden ternären Metallhalid) gekoppelt sein, um ein elektrisches Signal in Antwort auf eine Emission von Licht vom Szintillator zu produzieren. Daher kann der Photodetektor 12 derart gestaltet sein, Photonen in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Elektronik, die mit dem Photodetektor 12 assoziiert ist, kann verwendet werden, um das elektronische Signal zu formen und zu digitalisieren. Geeignete Photodetektoren 12 umfassen, aber sind nicht beschränkt auf, Photovervielfacherröhren, Photodioden, CCD-Sensoren, und Bildverstärker. Der Apparat 10 kann auch Elektronik 16 zur Aufnahme und/oder Wiedergabe des elektronischen Signals beinhalten.
In einigen Ausführungsformen ist der Strahlungsdetektor zur Verwendung als Teil einer medizinischen oder tiermedizinischen diagnostischen Vorrichtung, einer Vorrichtung zur Ölerschließung oder einer anderen geologischen Erkundung (z. B. Erdölbohrungssonden („oil well logging probes”)), oder als eine Vorrichtung für Sicherheits- und/oder das Militär betreffende Zwecke (z. B. als Vorrichtung zum Scannen von Containern, Fahrzeugen oder Gepäck oder zum Scannen von Menschen oder weiteren Tieren) ausgestaltet. In einigen Ausführungsformen ist die medizinische oder tiermedizinische diagnostische Vorrichtung ausgewählt aus, aber nicht beschränkt auf, eine Positronen-Emissions-Tomografie-(PET)Vorrichtung, eine Röntgenstrahlung-Computertomografie-(CT)Vorrichtung bzw. Röntgen-Computertomografie-(CT)Vorrichtung, eine Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie-(SPECT)Vorrichtung, oder eine planare Vorrichtung zur nuklearmedizinischen Bildgebung („planar nuclear medical imaging device”). Beispielsweise kann der Strahlungsdetektor so ausgestaltet sein, dass er sich (z. B. durch mechanische und/oder elektronische Kontrollen) über und/oder um eine Probe, wie ein menschliches oder tierisches Subjekt, herum bewegt, sodass er Strahlung, welche von jeglicher gewünschten Stelle oder Stellen auf der Probe detektieren kann. In einigen Ausführungsformen kann der Detektor auf einen rotierenden Körper gesetzt oder montiert sein, um den Detektor um eine Probe zu rotieren.
In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung auch eine Strahlungsquelle beinhalten. Beispielsweise kann eine Röntgen-CT Vorrichtung des vorliegend offenbarten Gegenstand eine Röntgenstrahlungsquelle zum Bestrahlen mit Röntgenstrahlen und einen Detektor zum Detektieren der Röntgenstrahlen beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung eine Vielzahl von Strahlungsdetektoren umfassen. Die Vielzahl von Strahlungsdetektoren kann beispielsweise in einer zylindrischen oder anderen gewünschten Form angeordnet sein, um Strahlung zu detektieren, die von verschiedenen Positionen auf der Oberfläche einer Probe emittiert wurde.
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein Verfahren zum Detektieren von Strahlung (oder der Abwesenheit von Strahlung) unter Verwendung eines Strahlungsdetektors, der einen wie oben beschriebenen Europium- oder einen anderen Dotierstoff enthaltenden ternären Metallhalid-Szintillator umfasst, bereit. Daher stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand in einigen Ausführungsformen ein Verfahren zum Detektieren von Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, kosmischer Strahlung und Partikeln mit einer Energie von 1 keV oder größer bereit, wobei das Verfahren die Verwendung eines Strahlungsdetektors umfassend ein Material einer der Formeln (I), (II), (III), (IVa) (IV), (V), (VI), (I'), (II'), (IIIa'), (III'), (IVa'), (IV'), (V') oder (VI') oder eine Mischung solcher Materialien umfasst.
In einigen Ausführungsformen ist A oder A' ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K, Rb und Cs In einigen Ausführungsformen ist B ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Sr und Ba. In einigen Ausführungsformen ist L Eu. In einigen Ausführungsformen ist X ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Cl, Br und I.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillatormaterial ein Material der Formeln (I) oder (II) und ist mit Eu und/oder einem oder mehreren weiteren zweiwertigen Dotierstoffen dotiert, um zwischen ungefähr 0,01 Atom% und ungefähr 50 Atom% des Erdalkalimetalls (d. h. wobei 0,0001 ≤ y ≤ 0,5) zu ersetzen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Material ein Material der Formeln (III) oder (IV) und ist mit Tl, In und/oder Na dotiert, um zwischen ungefähr 0,01 Atom% und ungefähr 50 Atom% des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle A' (d. h. wobei 0,0001 ≤ y ≤ 0,5) zu ersetzen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Material ein Material der Formeln (V) oder (VI) und ist mit Tl oder In dotiert, um zwischen ungefähr 0,01 Atom% und ungefähr 50 Atom% des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle A'' zu ersetzen. In einigen Ausführungsformen ist für jegliches der Formeln (I), (II), (IIIa), (III), (IVa), (IV), (V) oder (VI) 0,01 ≤ y ≤ 0,1. In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ y ≤ 0,05.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillatormaterial A₂B_0.95Eu_0.05X₄ oder AB_2(0.975)Eu_2(0.025)X₅. In einigen Ausführungsformen ist das Szintillatormaterial ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%
In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillatormaterial ein Material einer der Formeln (I'), (II'), (III'), (IV'), (V') oder (VI'). In einigen Ausführungsformen ist 0,0001 ≤ z ≤ 0,5; 0,01 ≤ z ≤ 0,1; oder 0,025 ≤ z ≤ 0,05. Daher kann das Material von einer der Formeln (I'), (II'), (III'), (IV'), (V') oder (VI') in einigen Ausführungsformen auch ein Material einer der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V) oder (VI) sein, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
In einigen Ausführungsformen ist 0,5 < z ≤ 1,0. In einigen Ausführungsformen ist z 1 oder ungefähr 1 und ungefähr 100% des Alkalimetalls oder des Erdalkalimetalls ist durch eine Aktivator oder Dotierstoff ersetzt.
In einigen Ausführungsformen ist das Erdalkalimetall nicht vorhanden und das Material umfasst ein oder mehrere Alkalimetalle, Eu und ein oder mehrere Halide. Daher umfasst das Material in einigen Ausführungsformen:
A₂EuX₄ oder AEu₂X₅,
wobei A ein oder mehrere Alkalimetalle ist; und X ein oder mehrere Halide ist. In einigen Ausführungsformen ist das Material ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K₂EuCl₄ und RbEu₂Cl₅.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ein Bereitstellen eines Strahlungsdetektors umfassend einen Photodetektor und ein Szintillatormaterial des vorliegend offenbarten Gegenstands; ein Positionieren des Detektors, wobei das Positionieren ein Platzieren des Detektors an einem Ort, an dem das Szintillatormaterial Im Pfad einen Strahlungsstrahls (oder im erwarteten Pfad eines Strahlungsstrahls) ist, umfasst; und ein Detektieren von Licht (oder ein Detektieren der Abwesenheit von Licht), welches durch das Szintillatormaterial emittiert wird, mit dem Photodetektor umfassen. Das Detektieren des Licht, das vom Szintillatormaterial emittiert wird, kann ein Umwandeln von Photonen in ein elektrisches Signal umfassen. Das Detektieren kann auch ein Verarbeiten des elektrischen Signals umfassen, um das Signal zu formen, zu digitalisieren oder zu verstärken. Das Verfahren kann weiter eine Widergabe des elektrischen Signals oder verarbeiteten elektrischen Signals umfassen.
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand eine Vorrichtung bereit, umfassend einen Photodetektor und ein Szintillationsmaterial umfassend ein ternäres Metalltetra- oder Pentahalid umfassend Europium und/oder ein oder mehrere andere Dotierstoffe, wie ein Material einer der Formeln (I), (II), (IIIa), (III), (IVa), (IV), (V), (VI), (I'), (II'), (IIIa'), (III'), (IVa'), (IV'), (V') und (VI') oder eine Mischung solcher Materialien. In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung umfassend den Photodetektor und das Szintillationsmaterial zur Verwendung bei der medizinischen Bildgebung, der geologischen Erkundung oder dem Heimatschutz („homeland security”) angepasst. In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein Verfahren zum Detektieren von Photonen und Partikeln hoher Energie bereit, wobei das Verfahren die Verwendung der Vorrichtung umfassend den Photodetektor und das Szintillationsmaterial umfassend ein Material einer der Formeln (I), (II), (IIIa), (III), (IVa), (IV), (V), (VI), (I'), (II'), (IIIa'), (III'), (IVa'), (IV'), (V') und (VI') oder eine Mischung solcher Materialien umfasst.
In einigen Ausführungsformen ist A oder A' ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K, Rb und Cs In einigen Ausführungsformen ist B ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Sr und Ba. In einigen Ausführungsformen ist L Eu. In einigen Ausführungsformen ist X ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Cl, Br und I.
In einigen Ausführungsformen ist das Szintillatormaterial ein ternäres Metallhalid, das mit Eu und/oder einem oder mehreren anderen zweiwertigen Dotierstoffen (z. B. Ce, Tb, Yb und/oder Pr) dotiert ist, um zwischen ungefähr 0,01 Atom% und ungefähr 50 Atom% des Erdalkalimetalls bzw. der Erdalkalimetalle (d. h. wobei 0,0001 ≤ y ≤ 0,5 oder 0,0001 ≤ z ≤ 0,5) zu ersetzen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Material ein ternäres Metallhalid, das mit Tl, In und/oder Na dotiert ist, um zwischen ungefähr 0,01 Atom% und ungefähr 50 Atom% des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle A' (d. h. wobei 0,0001 ≤ y ≤ 0,5 oder 0,0001 ≤ z ≤ 0,5) zu ersetzen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Material ein ternäres Metallhalid, das mit Tl und/oder In dotiert ist, um zwischen ungefähr 0,01 Atom% und ungefähr 50 Atom% des Alkalimetalls bzw. der Alkalimetalle A'' (d. h. wobei 0,0001 ≤ y ≤ 0,5 oder 0,0001 ≤ z ≤ 0,5) zu ersetzen. In einigen Ausführungsformen ist für jegliche der Formeln (I), (II), (IIIa), (III), (IVa), (IV), (V), (VI), (I'), (II'), (IIIa'), (III'), (IVa'), (IV'), (V') und/oder (VI') 0,01 ≤ y ≤ 0,1 oder 0,01 ≤ z ≤ 0,1. In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ y ≤ 0,05 oder 0,025 ≤ z ≤ 0,05.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Material A₂B_0.95Eu_0.05X₄ oder AB_2(0.975)Eu_2(0.025)X₅. In einigen Ausführungsformen ist das Material ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillatormaterial ein Material einer der Formeln (I'), (II'), (IIIa'), (III'), (IVa'), (IV'), (V') und (VI') und ist 0,5 < z ≤ 1,0. In einigen Ausführungsformen ist z 1 oder ungefähr 1 und ungefähr 100% des Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls sind durch einen Aktivator oder Dotierstoff ersetzt.
In einigen Ausführungsformen ist das Erdalkalimetall nicht vorhanden und das Material umfasst ein oder mehrere Alkalimetalle, Eu und ein oder mehrere Halide. Daher umfasst das Material in einigen Ausführungsformen:
A₂EuX₄ oder AEu₂X₅,
wobei A ein oder mehrere Alkalimetalle ist; und X ein oder mehrere Halide ist. In einigen Ausführungsformen ist das Material ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K₂EuCl₄ und RbEu₂Cl₅.
V. Verfahren zur Herstellung
Das vorliegend offenbarte Szintillationsmaterial kann durch jegliches geeignete Verfahren hergestellt werden. Typischerweise werden die geeigneten Reaktanten bzw. Reaktionsmittel (z. B. Metallhalide wie z. B., aber nicht beschränkt auf CsBr, NaBr, CsI, NaI, SrI₂, BaI₂, EuBr₂ und dergleichen) bei einer Temperatur geschmolzen, die ausreichend ist, eine übereinstimmend bzw. kongruent geschmolzene Zusammensetzung zu bilden. Die Schmelztemperatur wird von der Identität der Reaktanten selbst (z. B. den Schmelzpunkten der individuellen Reaktanten) abhängen, aber ist gewöhnlich im Bereich von ungefähr 300°C bis ungefähr 1350°C. Beispielhafte Techniken zum Herstellen der Materialien beinhalten, aber sind nicht beschränkt auf, das Bridgman- oder Bridgman-Stockbarger-Verfahren, das Czochralski-Verfahren, das Zonenschmelz-Verfahren (oder Zonenzieh-(„floating zone”)Verfahren), das Vertical-Gradient-Freeze(VGF)Verfahren, und Temperaturgradienten-Verfahren.
Beispielsweise können in einigen Ausführungsformen Reaktanten hoher Reinheit gemischt und geschmolzen werden, um eine Verbindung mit erwünschter Zusammensetzung zu synthetisieren. Ein Einkristall- oder polykristallines Material kann aus der synthetisierten Verbindung durch das Bridgman-Verfahren gezüchtet werden, bei dem eine versiegelte Ampulle enthaltend die synthetisierte Verbindung von einer heißen Zone in eine kalte Zone durch einen kontrollierten Temperaturgradienten mit kontrollierter Geschwindigkeit transportiert wird. In einigen Ausführungsformen können Reaktanten hoher Reinheit in stöchiometrischen Verhältnissen gemischt werden, abhängig von der erwünschten Zusammensetzung des Szintillatormaterials, und in eine Ampulle geladen bzw. beladen werden, welche dann versiegelt wird. Nach dem Versiegeln wird die Ampulle mit einer kontrollierten Geschwindigkeit erhitzt und dann gekühlt.
In einigen Ausführungsformen stellt der vorliegend offenbarte Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung eines Szintillationsmaterials umfassend ein Europium und oder einen anderen Dotierstoff enthaltendes ternäres Metalltetra- oder Pentahalid bereit. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Erhitzen einer Mischung von Rohmaterialien (z. B. einer Mischung von Metallhaliden in stöchiometrischem Verhältnis abhängig von der Formel des erwünschten Szintillationsmaterials) über ihre jeweiligen Schmelzpunkte (d. h. über die Schmelztemperatur des Rohmaterials mit dem höchsten Schmelzpunkt). In einigen Ausführungsformen werden die Rohmaterialien vor, während oder nach dem Mischen getrocknet. In einigen Ausführungsformen werden die Rohmaterialien unter geringer Feuchtigkeit und/oder sauerstoffarmen Bedingungen gemischt. In einigen Ausführungsformen werden die Rohmaterialien in einem Trockenschrank oder unter Bedingungen von weniger als ungefähr 0,1 Parts-per-million (ppm) Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff (z. B. weniger als 0,1 ppm, 0,09 ppm, 0,08 ppm, 0,07 ppm, 0,06 ppm, 0,05 ppm, 0,04 ppm, 0,03 ppm, 0,02 ppm oder weniger als 0,01 ppm Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff) gemischt.
Die Mischung der Rohmaterialien kann in einem Behälter (z. B. einer Quarzampulle) versiegelt werden, welcher dem nachfolgenden Erhitzen der Mischung standhalten kann und welcher chemisch inert gegenüber der Mischung von Rohmaterialien ist. Die Mischung kann bei einer vorbestimmten Rate auf eine Temperatur über die Schmelztemperatur der individuellen Rohmaterialien erhitzt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Mischung auf eine Temperatur erhitzt werden, die zwischen ungefähr 10°C und ungefähr 40°C (z. B. ungefähr 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 oder ungefähr 40°C) über dem Schmelzpunkt des Rohmaterials mit der höchsten Schmelztemperatur liegt. In einigen Ausführungsformen wird die Mischung auf ungefähr 20°C über die Schmelztemperatur des Rohmaterials mit dem höchsten Schmelzpunkt erhitzt. Diese Temperatur kann für eine Zeitdauer beibehalten werden, wie beispielsweise zwischen ungefähr 2 und ungefähr 12 Stunden (z. B. ungefähr 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder ungefähr 12 Stunden). Dann kann die Mischung bei vorbestimmter Rate gekühlt werden, bis die Mischung ungefähr Raumtemperatur (z. B. zwischen ungefähr 20°C und ungefähr 25°C) erreicht. Falls gewünscht kann der versiegelte Behälter rotiert oder umgekehrt werden. Dann können das Erhitzen und Kühlen wiederholt werden, z. B. um ein weiteres Mischen aller Bestandteile in der Mischung bereitzustellen. Das Rotieren oder Umkehren und die Heiz/Kühlschritte können einmal oder mehrere zusätzliche Male wiederholt werden, wie gewünscht.
Entsprechend umfasst das Verfahren in einigen Ausführungsformen:

(a) ein Bereitstellen einer Mischung von Rohmaterialien, wobei die Rohmaterialien in einem stöchiometrischen Verhältnis gemäß einer der Formeln (I), (II), (IIIa), (III), (IVa), (IV), (V), (VI), (I'), (II'), (IIIa'), (III'), (IVa'), (IV'), (V') und (VI') bereitgestellt werden;
(b) Verschließen bzw. Versiegeln der Mischung in einem verschlossenen bzw. versiegelten Behälter;
(c) Erhitzen der Mischung auf ungefähr 20°C über dem Schmelzpunkt des Rohmaterials mit dem höchsten Schmelzpunkt für eine Zeitdauer;
(d) Kühlen der Mischung auf ungefähr Raumtemperatur; und
(e) optional Wiederholen der Schritte (c) und (d).

In einigen Ausführungsformen werden die Schritte (c) und (d) ein- oder mehrmals wiederholt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillationsmaterial eine der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V) oder (VI). In einigen Ausführungsformen ist A oder A' ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K, Rb und Cs. In einigen Ausführungsformen ist B ausgewählt aus der Gruppe umfassend Sr und Ba. In einigen Ausführungsformen ist L Eu. In einigen Ausführungsformen ist X ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Cl, Br und I.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Material zumindest ein Erdalkalimetall B und ist mit Eu und/oder einem oder mehreren anderen zweiwertigen Dotierstoffen (z. B. Ce, Tb, Yb und/oder Pr) dotiert. In einigen Ausführungsformen ist das Material eines der Formeln (I) oder (II). In einigen Ausführungsformen ist 0,01 ≤ y ≤ 0,1. In einigen Ausführungsformen ist 0,025 ≤ y ≤ 0,05.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Szintillationsmaterial A₂B_0.95Eu_0.05X₄ oder AB_2(0.975)Eu_2(0.025)X₅. In einigen Ausführungsformen ist das Szintillationsmaterial ausgewählt aus der Gruppe, umfassend K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
In einigen Ausführungsformen ist das Erdalkalimetall nicht vorhanden (d. h. z ist 1 in einer der Formeln (I') oder (II')) und das Szintillationsmaterial umfasst ein oder mehrere Alkalimetalle, Eu und ein oder mehrere Halide. Daher kann das Szintillationsmaterial in einigen Ausführungsformen umfassen:
A₂EuX₄ oder AEu₂X₅,
wobei A ein oder mehrere Alkalimetalle ist; und X ein oder mehrere Halide ist. In einigen Ausführungsformen kann das Szintillationsmaterial aus der Gruppe, umfassend K₂EuCl₄ und RbEu₂Cl₅, ausgewählt sein.
Das Szintillationsmaterial kann als Einkristalle, als ein polykristallines Material und/oder als ein keramisches Material bereitgestellt werden. In einigen Ausführungsformen wird das Material als ein polykristallines Material bereitgestellt. Das polykristalline Material kann analoge physikalische, optische und Szintillationseigenschaften wie ein Einkristall haben, wobei es ansonsten dieselbe chemische Zusammensetzung hat.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele sind mit aufgenommen worden, um dem Fachmann eine Anleitung zu geben, um repräsentative Ausgestaltungen des vorliegend offenbarten Gegenstands durchzuführen. Im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung und das normale Fachwissen kann ein Fachmann würdigen, dass die folgenden Beispiele nur als Beispiele beabsichtigt sind, und dass vielzählige Änderungen, Modifizierungen und Abänderungen angewendet werden können, ohne vom Umfang des vorliegend offenbarten Gegenstands abzuweichen.
Beispiel 1
Herstellung von Szintillatormaterialien
Wasserfreie Rohmaterialien hoher Reinheit (z. B. CsBr, NaBr, CsI, NaI, SrI₂, BaI₂, EuBr₂ und dergleichen) von Sigma-Aldrich (St. Louis, Missouri, USA) wurden gemischt und in Quarzampullen mit 8 Millimeter (mm) Durchmesser beladen, innerhalb eines Trockenschranks enthaltend weniger als 0,01 ppm Feuchtigkeit und Sauerstoff, und mit stöchiometrischen Verhältnissen gemäß den chemischen Formeln der jeweiligen Verbindungen. Die gemischten Rohmaterialien wurden in den Ampullen unter einem Vakuum von 10–6 torr bei 200°C für 4 Stunden getrocknet. Sobald die beladenen Ampullen Raumtemperatur erreichten, wurden sie mit einer Wasserstofffackel versiegelt. Ein Einzelzonen-Klappofen („single zone clamshell furnace”) wurde verwendet, um 4 Gramm (g) der Verbindungen: A₂B_0.95Eu_0.05X₄ (A = K oder Rb; B = Sr oder Ba; und X = Cl, Br, oder I) und AB_2(0.975)Eu_2(0.025)X₅ (A = K, Rb, oder Cs; B = Sr oder Ba; und X = Cl, Br, oder I) zu schmelzen-synthetisieren. Die Temperatur wurde langsam auf ungefähr 20°C über den Schmelzpunkten aller Bestandteile erhöht. Diese Temperatur wurde für 7 Stunden gehalten, und langsam auf Raumtemperatur (über eine Dauer von ungefähr 7 Stunden) gebracht. Die Ampulle wurde invertiert bzw. umgekehrt, und die Prozedur wurde wiederholt, um ein komplettes Mischen aller Bestandteile zu fördern. Das Ergebnis war eine polykristalline Probe mit analogen physikalischen, optischen und Szintillationseigenschaften eines gezüchteten Einkristalls.

Die Phasendiagramme von KBr-SrBr₂, KBr-BaBr₂, und KCl-EuCl₄ wurden zuvor berichtet. Siehe Kellner (1917); Riccardi et al. (1970); und Korshunov et al. (1966). Die Phasendiagramme zeigen die Bildung von kongruent bzw. übereinstimmend schmelzenden Verbindungen der Formel K₂BX₄, wobei B Sr, Ba oder Eu ist und S Br oder Cl ist, bei jeweils 600°C, 632°C und 605°C. Siehe Kellner (1917); Riccardi et al. (1970); und Korshunov et al. (1966). K₂EuCl₄ hat eine Dichte von 3,2 g/cm³ und eine tetraedrische Kristallstruktur. Siehe Fink und Seifert (1980). Die nachstehende Tabelle 1 zeigt einige der physikalischen Eigenschaften der ternären Basis-Metallpentahalid-Verbindungen (d. h. die AB₂X₅-Verbindungen ohne Dotieren mit Europium) des vorliegend offenbarten Gegenstands. Obgleich einige der nicht-Europium-dotierten Verbindungen bereits zuvor bekannt waren, waren sie nicht zuvor als Szintillatoren bekannt. Tabelle 1. Physikalische Eigenschaften der AB₂X₅-Verbindungen

Verbindung	Schmelzpunkt (°C)	Kristallstruktur bei Raumtemperatur	Dichte (g/cm³)	Hygroskopizität
RbSr₂Cl₅	634^a	orthorhombisch^e	3,20^e	gering
KSr₂Br₅	572^b	monoklin^e	3,98^e	gering
KBa₂I₅	NI	monoklin^e	4,52^e	gering
CsSr₂I₅	NI	monoklin^e	4,64^e	sehr
RbEu₂Cl₅	663^c	monoklin^c	4,20^c	gering
RbBa₂Br₅	NI	monoklin^e	4,37^e	gering
RbSr₂Br₅	596^d	monoklin^e	4,18^e	gering
KSr₂I₅	NI	monoklin^e	4,39^e	sehr

NI = keine Information in der Literatur gefunden; ^aDaten aus Bukhalova et al. (1967); ^bDaten aus Kellner (1917); ^cDaten aus Fink und Seifert (1980); ^dDaten aus Riccardi et al. (1970); ^eDaten aus Schilling et al. (1996)

Beispiel 2
Feuchtigkeitsabsorption der Szintillatormaterialien
Die Tendenz eines Szintillationsmaterials, Feuchtigkeit zu absorbieren, kann manchmal eine Einschränkung für dessen praktische Anwendung als Strahlungsdetektor sein. Die Feuchtigkeitsabsorption des Szintillationsmaterials wurde bei 25°C unter Verwendung von ungefähr 32 mg Mengen des Szintillationsmaterials unter Bedingungen von 40% relativer Feuchtigkeit untersucht. 1 zeigt die Feuchtigkeitsaufnahme über die Zeit von einigen der vorliegend offenbarten Szintillationsmaterialien. Zum Vergleich ist auch die Feuchtigkeitsaufnahme von zwei üblicherweise verwendeten Metallhalid-Szintillatormaterialien, d. h. NaI:Tl und LaBr₃:Ce 5%, gezeigt. RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%, K₂BaBr₄:Eu 5%, KBa₂I₅:Eu 2.5%, und K₂BaI₄:Eu 5% waren weniger hygroskopisch als NaI:Tl. KSr₂Br₅:Eu 2.5%, K₂SrBr₄:Eu 5% und CsSr₂I₅:Eu 2.5% hatten Feuchtigkeitsaufnahmen zwischen denen von LaBr₃:Ce 5% und NaI:Tl.
Beispiel 3
Feuchtigkeitsabsorption der Szintillatormaterialien
Photolumineszenz-Spektren der vorliegend offenbarten Szintillationsmaterialien wurden unter Verwendung eines Hitachi Fluoreszenz-Spektrophotometers (Hitachi High-Tech Science Corporation, Tokyo, Japan), das mit einer Xenon-Lampe ausgerüstet war, bei Raumtemperatur aufgenommen. Die Photolumineszenz-Spektren (siehe 2A-2M) sind charakteristisch für zweiwertige Eu-Lumineszenz, welche komplett 4f–5d angeregte Zustände umfasst.
Radiolumineszenz-Spektren wurden bei Raumtemperatur mit kontinuierlicher Bestrahlung aus einem Source 1 Röntgenstrahlen-Generator („Source 1 X-ray generator”) vom Modell CMX003 (32 kV und 0,1 mA; Source 1 X-Ray, Campbell, Kalifornien, USA) gemessen. Ein Modell PI Acton Spectra Pro SP-2155 Monochromator (Princeton Instruments, Trenton, New Jersey, USA) wurde verwendet, um die Spektren aufzunehmen. Die Einzelpeak-Emission, die in den in 3A–3M gezeigten Radiolumineszenz-Spektren beobachtet wurde, kann einer charakteristischen Emission von Eu²⁺ 5d zu 4f-Übergängen zugeordnet werden, welche bestätigt, dass Eu-Ionen in das Metallhalid-Gitter in zweiwertiger Form eindringen.
Die Messungen der absoluten Lichtleistung für die vorliegend offenbarten Szintillatormaterialien sind in 4A–4M gezeigt. Eine Hamamatsu 3177-50 Photovervielfacherröhre (PMT; Hamamatsu Photonics, K. K.; Hamamatsu, Japan) wurde verwendet. Gammastrahlen-Energiespektren wurden unter Verwendung von ¹³⁷Cs als Anregungsquelle aufgenommen. Die Messungen wurden mit abgedeckten Proben durchgeführt und direkt mit der PMT mit Mineralöl gekoppelt. Ein SPECTRALON^TM (Labsphere, Inc., North Sutton, New Hampshire, USA) Kuppel wurde als Reflektor verwendet. Die in 4A–4M gezeigten Spektren zeigen die Position des 662 keV Gammastrahlen-Photopeaks bei viel höheren Kanalnummern als die Referenz Bismutgermanat-(BGO)Kristall mit dessen Photopeak bei Kanal 100. Die Photopeaks wurden mit einer Gauß-Funktion gefittet, um den Schwerpunkt des Peaks zu bestimmen. Die integrale Quanteneffizienz des PMT gemäß dem Emissionsspektrum des Szintillators wurde verwendet, um die Lichtleistung in Photonen pro Einheit Gammastrahlen-Energie zu schätzen.

Die Szintillationseigenschaften der vorliegend offenbarten ternären Metallhalide sind in nachstehenden Tabellen 2 und 3 zusammengefasst. Die Szintillations-Zerfallszeit wurde unter Verwendung einer ¹³⁷Cs-Quelle und einer Zeit-korrelierten Einzelphoton-Zähltechnik aufgenommen. Siehe Bollinger und Thomas (1961). Szintillations-Zerfallskurven (mit einer exponentiellen Zerfallsfunktion gefittet) für die vorliegend offenbarten Materialien sind in 5A–5M gezeigt. Tabelle 2. Szintillationseigenschaften von Verbindungen der Formel A₂B_(1-y)Eu_yX₄.

Zusammensetzung	LO (ph/MeV)	Maximum RL (nm)	Szintillationszerfall (μs)
K₂EuCl₄	23000	475	0,6(~66%), 3,2(~25), 0,1
K₂BaI₄:Eu 5%	50000	449	0,9(~68%), 4,2
K₂BaBr₄:Eu 5%	41000	430	0,7(~86%), 2,8
Rb₂BaCl₄:Eu 5%	18000	436	0,7(~70%), 3,3
K₂SrBr₄:Eu 5%	20000	445	0,8(~97%), 2

Tabelle 3. Szintillationseigenschaften von Verbindungen der Formel AB_2(1-y)Eu_2yX₅.

Zusammensetzung	LO (ph/MeV)	Maximum RL (nm)	Szintillationszerfall (μs)
RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%	32000	426	0,9(~67%), 1,4
KSr₂Br₅:Eu 2.5%	50000	427	0,9(~92%), 2,6
KBa₂I₅:Eu 2.5%	56000	442	0,9(~79%), 4,9
CsSr₂I₅:Eu 2.5%	50000	441	0,9(~68%), 4
RbEu₂Cl₅:Eu 2.5%	30000	440	1,8
RbBa₂Br₅:Eu 2.5%	29000	425	0,8(~76%), 3
RbSr₂Br₅:Eu 2.5%	33000	430	0,8
KSr₂I₅:Eu 4%	81000	452	0,8

REFERENZDOKUMENTE
Die nachstehend aufgeführten Referenzdokumente wie auch alle in der Beschreibung zitierten Referenzdokumente, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Patente, Veröffentlichungen von Patentanmeldungen, und Journalartikel sind hiermit durch Referenz zu dem Ausmaß einbezogen, als dass sie Methodologie, Techniken und oder hierin angewendete Zusammensetzungen ergänzen, erklären, einen Hintergrund bereitstellen oder lehren.
Bollinger, L. M., und Thomas, G. E.; Review of Scientific Instruments, 32, 1044–1050 (1961).
Bukhalova, G. A., und Burlakova, V. M.; Russ. J. Inorg. Chem., 12, 703–705 (1967).
Fink, H., und Seifert, H. -J.; Anorg. Allg. Chem., 466, 87–96 (1980).
Kellner, Z.; Anorg. Allg. Chem., 99, 137–183 (1917).
Korshunov, D. V., et al.; Russ. J. Inorg. Chem., 11, 547–550 (1966).
Riccardi, R., et al.; Z. Naturforsch, A: Astrophys., Phys. Phys. Chem., 25, 781–785 (1970);
Schilling, G., und Meyer, G.; Z. Anorg. Allg. Chem., 622, 759–765 (1996).
Es wird verstanden werden, dass viele Details des vorliegend offenbarten Gegenstands geändert werden können, ohne vom Umfang des vorliegend offenbarten Gegenstands abzuweichen. Darüber hinaus dient die vorstehende Beschreibung nur zum Zwecke der Illustration, und nicht dem Zwecke der Einschränkung.

Claims

Szintillatormaterial umfassend eine der Formeln (I), (II), (III), (IV), (V), oder (VI): A₂B_(1-y)L_yX₄ (I); AB_2(1-y)L_2yX₅ (II); A'_2(1-y)L'_2yBX₄ (III); A'_(1-y)L'_yB₂X₅ (IV); A''_2(1-y)L''_2yBX₄ (V); oder A''_(1-y)L''_yB₂X₅ (VI); wobei: 0,0001 ≤ y ≤ 0,5; A ein oder mehrere Alkalimetalle ist; A' ein oder mehrere ist aus der Gruppe, bestehend aus Li, K, Rb und Cs; A'' Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren weiteren Alkalimetallen ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle ist; L ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Eu, Ce, Tb, Yb und Pr; L' ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Tl, In und Na; L'' ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Tl und In; und X ein oder mehrere Halide ist.
Szintillatormaterial nach Anspruch 1, wobei A oder A' ausgewählt ist aus K, Rb und Cs.
Szintillatormaterial nach Anspruch 1, wobei B ausgewählt ist aus Sr und Ba.
Szintillatormaterial nach Anspruch 1, wobei X ausgewählt ist aus Cl, Br und I.
Szintillatormaterial nach Anspruch 1, wobei L Eu ist und das Szintillatormaterial A₂B_(1-y)Eu_yX₄ oder AB_2(1-y)Eu_2yX₅ umfasst.
Szintillatormaterial nach Anspruch 1, wobei 0,01 ≤ y ≤ 0,1.
Szintillatormaterial nach Anspruch 6, wobei 0,025 ≤ y ≤ 0,05.
Szintillatormaterial nach Anspruch 7, umfassend A₂B_0,95Eu_0,05X₄ oder AB_2(0,975)Eu_2(0,025)X₅.
Szintillatormaterial nach Anspruch 7, wobei das Szintillatormaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
Strahlungsdetektor, umfassend einen Photodetektor und ein Szintillationsmaterial, wobei das Szintillationsmaterial ein Szintillatormaterial nach Anspruch 1 umfasst.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 10, wobei der Detektor eine medizinisch-diagnostische Vorrichtung, eine Vorrichtung zur Ölerschließung, oder eine Vorrichtung zum Scannen von Containern oder Gepäck ist.
Verfahren zum Detektieren von Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, kosmischer Strahlung und/oder Partikeln mit einer Energie von 1 keV oder größer, wobei das Verfahren die Verwendung des Strahlungsdetektors nach Anspruch 10 umfasst.
Strahlungsdetektor, umfassend einen Photodetektor und ein Szintillationsmaterial, wobei das Szintillationsmaterial eine von Formeln (I'), (II'), (III'), (IV'), (V'), oder (VI') umfasst: A₂B_(1-z)L_zX₄ (I'); AB_2(1-z)L_2zX₅ (II'); A'_2(1-z)L'_2zBX₄ (III'); A'_(1-z)L'_zB₂X₅ (IV'); A''_2(1-z)L''_2zBX₄ (V'); oder A''_(1-z)L''_zB₂X₅ (VI'); wobei: 0,0001 ≤ z ≤ 1,0; A ein oder mehrere Alkalimetalle ist; A' ein oder mehrere ist aus der Gruppe, bestehend aus Li, K, Rb und Cs; A'' Na oder eine Kombination von Na und einem oder mehreren weiteren Alkalimetallen ist; B ein oder mehrere Erdalkalimetalle ist; L ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Eu, Ce, Tb, Yb und Pr; L' ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Tl, In und Na; L'' ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Tl und In; und X ein oder mehrere Halide ist.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei A oder A' ausgewählt ist aus K, Rb und Cs.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei B ausgewählt ist aus Sr und Ba.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei X ausgewählt ist aus Cl, Br und I.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei L Eu ist und das Szintillatormaterial A₂B_(1-z)Eu_zX₄ oder AB_2(1-z)Eu_2zX₅ umfasst.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei 0,01 ≤ z ≤ 0,1.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei 0,025 ≤ z ≤ 0,05.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei das Szintillationsmaterial A₂B_0,95Eu_0,05X₄ oder AB_2(0,975)Eu_2(0,025)X₅ umfasst.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei das Szintillationsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus K₂BaI₄:Eu 5%; K₂BaBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 5%; K₂SrBr₄:Eu 5%; Rb₂BaCl₄:Eu 2.5%; RbSr₂Cl₅:Eu 2.5%; KSr₂Br₅:Eu 2.5%; KBa₂I₅:Eu 2.5%; CsSr₂I₅:Eu 2.5%; RbBa₂Br₅:Eu 2.5%; RbSr₂Br₅:Eu 2.5%; KSr₂I₅:Eu 4%; und KSr₂I₅:Eu 2.5%.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei z 1 ist.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 22, wobei das Szintillationsmaterial K₂EuCl₄ oder RbEu₂Cl₅ ist.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 13, wobei der Detektor eine medizinisch-diagnostische Vorrichtung, eine Vorrichtung zur Ölerschließung, oder eine Vorrichtung zum Scannen von Containern oder Gepäck ist.
Verfahren zum Detektieren von Gammastrahlung, Röntgenstrahlung, kosmischer Strahlung und/oder Partikeln mit einer Energie von 1 keV oder größer, wobei das Verfahren die Verwendung des Strahlungsdetektors nach Anspruch 13 umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Szintillatormaterials nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ein Erhitzen einer Mischung von Rohmaterialien über ihre jeweiligen Schmelztemperaturen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen einer Mischung von Rohmaterialien, wobei die Rohmaterialien in einem stöchiometrischen Verhältnis gemäß einer der Formeln von Anspruch 1 bereitgestellt werden; (b) Verschließen der Mischung in einen verschlossenen Behälter; (c) Erhitzen der Mischung auf ungefähr 20°C über dem Schmelzpunkt des Rohmaterials mit dem höchsten Schmelzpunkt für eine Zeitdauer; (d) Kühlen der Mischung auf ungefähr Raumtemperatur; und (e) optional Wiederholen der Schritte (c) und (d).
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Szintillatormaterial in polykristalliner Form hergestellt wird.