KR20070065822A - 섬광체 조성물, 및 관련 제조 방법 및 제품 - Google Patents

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루카스 레마르 클라케
홀리 앤 코만조
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 특정 유형의 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질을 기제로 하는 섬광체 물질에 관한 것이다. 한 실시양태에서, 매트릭스 물질은 란타나이드 할라이드의 혼합물, 즉 염화란탄 및 브롬화란탄 같은 둘 이상의 할라이드의 고용체(solid solution)를 함유한다. 다른 실시양태에서, 매트릭스 물질은 요오드화란탄만을 기제로 하며, 이는 란타늄 옥시아이오다이드를 실질적으로 함유하지 않아야 한다. 단결정질 또는 다결정질 형태일 수 있는 섬광체 물질은 또한 매트릭스 물질용 활성화제, 예컨대 세륨을 포함한다. 이들 할라이드 섬광체의 저지력(stopping power) 및 섬광 효율을 추가로 개선시키기 위하여, 비스무트를 첨가함이 개시되어 있다. 섬광체를 사용하는 선 검출기 및 고-에너지 선을 검출하기 위한 관련 방법도 기재되어 있다.
섬광체, 할라이드-란타나이드 매트릭스.

Description

섬광체 조성물, 및 관련 제조 방법 및 제품{SCINTILLATOR COMPOSITIONS, AND RELATED PROCESSES AND ARTICLES OF MANUFACTURE}
도 1은 UV 여기하에서 섬광체 조성물 세트의 방출 스펙트럼의 그래프이다.
도 2는 X-선 여기하에서 섬광체 조성물 세트의 방출 스펙트럼의 그래프이다.
본 발명은 일반적으로 이온화선을 검출하는데 사용되는 물질 및 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 다양한 조건하에서 감마-선 및 X-선을 검출하는데 특히 유용한 섬광체 조성물에 관한 것이다.
본원은 2003년 10월 17일자로 출원된 미국 특허원 제 10/689,361 호의 일부 계속 출원이며, 상기 출원에 기초한 우선권을 주장한다.
고-에너지 선을 검출하는데 다수의 기법을 이용할 수 있다. 섬광체는 이들의 간단함과 정확성으로 인해 특별히 관심을 끌고 있다. 따라서, 섬광체 결정은 감마-선, X-선, 우주선(cosmic ray) 및 약 1keV보다 큰 에너지 수준을 그 특징으로 하는 입자용 검출기에 널리 사용된다. 이러한 결정으로부터, 결정이 광-검출 수단, 즉 광검출기와 연결된 검출기를 제조할 수 있다. 방사성 핵종으로부터의 광자가 결정에 충돌하면 결정이 광을 방출한다. 광검출기는 수용되는 광 펄스의 수 및 이들의 강도에 비례하는 전기적 신호를 생성시킨다. 섬광체 결정은 통상적으로 다수의 용도에 사용된다. 예로는 의료용 화상 진찰 설비, 예컨대 양전자 단층 촬영(PET) 장치; 오일 및 가스 산업용 물리 검층(well-logging) 및 다양한 디지털 이미징 용도가 있다.
당해 분야의 숙련자가 아는 바와 같이, 섬광체의 조성은 선 검출 설비의 성능에 중요하다. 섬광체는 X-선 및 감마 선 여기에 응답해야 한다. 뿐만 아니라, 섬광체는 선 검출을 향상시키는 다수의 특징을 가져야 한다. 예를 들어, 대부분의 섬광체 물질은 높은 광 출력치, 짧은 붕괴 시간, 감소된 잔광, 높은 "저지력(stopping power)" 및 허용가능한 에너지 분해능을 가져야 한다. (아래 언급되는 바와 같이, 섬광체의 사용 방법에 따라 다른 특징도 매우 중요할 수 있다.)
당해 분야의 숙련자는 이들 특성 모두에 정통하다. 간략히, "광 출력치"는 x-선 또는 감마 선의 펄스에 의해 여기된 후 섬광체에 의해 방출되는 가시광의 양이다. 높은 광 출력치가 광을 전기적 펄스로 전환시키는 선 검출기의 능력을 향상시키기 때문에, 높은 광 출력치가 바람직하다. (펄스의 크기는 통상 선 에너지의 양을 나타낸다.)
용어 "붕괴 시간"은 선 여기가 중단될 때 섬광체에 의해 방출되는 광의 강도가 규정된 광 강도의 일부로 감소되는데 필요한 시간을 일컫는다. PET 장치 같은 다수의 용도에 있어서, 보다 짧은 붕괴 시간이 감마 선의 효율적인 동시-카운팅을 가능케 하기 때문에 더 짧은 붕괴 시간이 바람직하다. 결과적으로, 주사 시간이 감소되고, 장치를 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.
"저지력"은 물질이 선을 흡수하는 능력이며, 종종 물질의 "X-선 흡수" 또는 "X-선 희석"으로 일컬어지기도 한다. 저지력은 섬광체 물질의 밀도에 직접적으로 관련된다. 높은 저지력을 갖는 섬광체 물질은 선이 거의 또는 전혀 통과하지 못하도록 하며, 이는 선을 효율적으로 포획함에 있어서 독특한 이점이다.
선 검출기의 "에너지 분해능"은 매우 유사한 에너지 수준을 갖는 에너지 선(예컨대, 감마 선)을 구별해내는 능력을 말한다. 에너지 분해능은 통상적으로 소정 에너지 원의 표준 선 방출 에너지에서 측정한 후 백분율 값으로서 보고된다. 보다 낮은 에너지 분해능 값이 매우 바람직한데, 이로 인해 통상적으로 더 높은 품질의 선 검출기가 생성되기 때문이다.
이들 특성중 대부분 또는 모두를 갖는 다양한 섬광체 물질이 수년간에 걸쳐 사용되어 왔다. 예를 들어, 탈륨-활성화된 요오드화나트륨(NaI(Tl))을 수십년간 섬광체로서 널리 사용해 왔다. 이러한 유형의 결정은 비교적 크고 매우 저렴하다. 뿐만 아니라, NaI(Tl) 결정은 매우 높은 광 출력치를 그 특징으로 한다.
다른 통상적인 섬광체 물질의 예는 비스무트 게르마네이트(BGO), 세륨-도핑된 가돌리늄 오르토실리케이트(GSO) 및 세륨-도핑된 루테튬 오르토실리케이트(LSO)를 포함한다. 이들 물질 각각은 특정 용도에 매우 적합한 몇몇 우수한 특성을 갖는다.
섬광체 기술에 정통한 숙련자들이 아는 바와 같이, 종래의 물질은 모두 이들의 속성과 함께 하나 이상의 결점을 갖는다. 예를 들어, 탈륨-활성화되는 요오드화나트륨은 산소 및 수분을 용이하게 흡수하는 매우 연질의 흡습성 물질이다. 뿐만 아니라, 이 물질은 크고 긴 잔광을 생성시키며, 이러한 잔광은 강도-카운팅 시스템에 방해가 될 수 있다. 더욱이, NaI(Tl)의 붕괴 시간, 즉 약 230나노초는 다수의 용도에 있어서 너무 느리다. 탈륨 성분은 또한 건강 및 환경상의 문제로 인해 특수한 취급 절차를 필요로 할 수 있다.
반면, BGO는 비-흡습성이다. 그러나, 이 물질의 광 수율(NaI(Tl)의 15%)은 다수의 용도에 있어서 너무 낮다. 이 물질은 또한 느린 붕괴 시간을 갖는다. 뿐만 아니라, 이는 높은 굴절률을 갖고, 이 때문에 내부 반사로 인해 광이 손실된다.
GSO 결정은 몇몇 용도에 바람직하기는 하지만, 이들의 광 수율은 NaI(Tl)로 수득되는 것의 약 20% 정도이다. 더욱이, 이 결정은 쉽게 쪼개진다. 따라서, 전체 결정이 파쇄될 위험을 무릅쓰지 않고서는 이들 결정을 임의의 특수한 형상으로 절단 및 연마하기가 매우 어렵다.
LSO 물질도 몇몇 단점을 나타낸다. 예를 들어, 이 결정의 루테튬 원소는 오랜 시간에 걸쳐 붕괴되는 천연 방사성 동위원소 Lu176을 소량 함유한다. 이 동위원소의 존재로 인해, 고감도 검출기 용도에 크게 방해가 될 수 있는 배경 카운트 비율이 제공된다. 또한, 루테튬은 매우 비싸고 비교적 높은 융점을 갖는데, 이러한 높은 융점 때문에 가끔 공정상의 난점이 생길 수 있다.
종래 섬광체의 결점 때문에 새로운 물질에 대한 연구에 박차가 가해졌다. 새로운 물질중 몇몇은 도렌보스(P. Dorenbos) 등의 두 공개된 특허원, 즉 WO 01/60944 A2 호 및 WO 01/60945 A2 호에 기재되어 있다. 이들 참조문헌은 섬광체로서 세륨-활성화되는 란타나이드-할라이드 화합물을 사용함을 기재한다. 먼저 언급된 공보는 Ce-활성화되는 란타나이드 클로라이드 화합물의 사용을 기재하고 있는 반면, 두 번째 공보는 Ce-활성화되는 란타나이드 브로마이드 화합물의 사용을 기재하고 있다. 할라이드-함유 물질은 우수한 에너지 분해능과 신속한 붕괴 상수를 동시에 제공하는 것으로 기재되어 있다. 이러한 특성의 조합은 일부 용도에서 매우 유리할 수 있다. 더욱이, 이 물질은 허용가능한 광 출력치 값을 명백하게 나타낸다. 뿐만 아니라, 이들은 루테튬을 함유하지 않고, 이 원소로 인해 가끔 야기되는 상기 언급된 문제점을 갖지 않는다. 란타나이드 할라이드 물질이 다른 희토류 할라이드 섬광체 물질에 비해 비교적 낮은 밀도를 가짐에 주목해야 한다. 예를 들어, 요오드화란탄은 4 내지 6g/cc의 밀도를 갖는다. 다른 희토류 금속 할라이드는 6 내지 8g/cc의 밀도를 가질 수 있다.
도렌보스의 공보는 틀림없이 섬광체 기술에 진보를 제공하는 것으로 보인다. 그러나, 이러한 진보는 결정에 대한 한없이 증가되는 조건에 대항하여 이루어진 것이다. 더욱 급속히 요구되고 있는 최종 용도의 한 예는 상기 언급된 물리 검층이다. 간략히, 섬광체 결정(통상적으로는 NaI(Tl)계)을 전형적으로 관 또는 케이스에 봉입시켜 결정 패키지를 생성시킨다. 패키지는 관련 광전자 증배관을 포함하고, 이를 시추공을 통해 이동하는 시추 도구 내로 혼입시킨다.
섬광체 원소는 주위의 지형으로부터 선을 포획하고 이 에너지를 광으로 전환시킴으로써 기능한다. 발생된 광은 광전자 증배관으로 전송된다. 광 펄스는 전기적 펄스로 변형된다. 펄스에 기초한 데이터는 분석 설비로 "업-홀(up-hole)" 전송되거나 국부적으로 저장될 수 있다. 시추하면서 이러한 데이터를 수득 및 전송하는 것, 즉 "시추 동시 측정"(MWD)은 이제 통상적인 관행이다.
이러한 용도에 사용되는 섬광체 결정이 매우 고온에서뿐만 아니라 심한 충격 및 진동 조건하에서도 작용할 수 있어야 함을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 섬광체 물질은 앞서 언급된 다수의 특성의 최대화된 조합, 예컨대 높은 광 출력치와 에너지 분해능 및 신속한 붕괴 시간을 가져야 한다. (섬광체는 또한 매우 제한된 공간에 적합한 패키지에 봉입되기에 충분히 작아야 한다.) 시추가 훨씬 더 큰 깊이에서 이루어지기 때문에 허용가능한 특성의 문턱치가 상당히 높아져 왔다. 예를 들어, 고분해능으로 강력한 광 출력치를 생성시키는 종래의 섬광체 결정의 능력은 시추 깊이가 증가됨에 따라 심각하게 위태로와질 수 있다.
이에 따라, 새로운 섬광체 물질이 상업적 및 산업적 사용을 위해 끊임없이 증가되는 요구를 총족시킨다면, 이러한 새로운 섬광체 물질은 당해 업계에서 매우 환영받을 것임이 명백하다. 물질은 탁월한 광 출력치, 및 비교적 신속한 붕괴 시간을 나타내야 한다. 이들은 또한 우수한 저지력 및 특히 감마 선의 경우 우수한 에너지 분해능 특징도 가져야 한다. 뿐만 아니라, 신규 섬광체는 단결정질 물질 또는 다른 투명한 고체 물체로 용이하게 변형될 수 있어야 한다. 더욱이, 이들은 합당한 비용 및 허용가능한 결정 크기로 효율적으로 생성될 수 있어야 한다. 섬광 체는 또한 다양한 고-에너지 선 검출기와 양립가능해야 한다.
따라서, 본 발명은 탁월한 광 출력치, 및 비교적 신속한 붕괴 시간을 나타내고, 우수한 저지력 및 우수한 에너지 분해능을 가질 뿐만 아니라, 단결정질 물질 또는 다른 투명한 고체 물질로 용이하게 변형될 수 있으며, 다양한 고-에너지 선 검출기와 양립가능하며, 비용 효율적으로 생성될 수 있는 섬광체 조성물 및 관련 제조 방법 및 제품을 제공하고자 함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 신규 섬광체 물질을 제공한다.
이 물질은 특정 유형의 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질을 기제로 한다. 한 실시양태에서, 매트릭스 물질의 필수적인 특징은 매트릭스가 란타나이드 할라이드의 혼합물, 즉 둘 이상의 할라이드의 고용체를 함유하는 것이다. 혼합물은 통상 란타나이드 클로라이드와 란타나이드 브로마이드를 포함하지만, 요오드화란탄도 포함할 수 있다. 매트릭스의 란타나이드는 통상적으로 란탄 자체이지만, 다양한 다른 란타나이드일 수 있다. 본 발명자들은 할라이드의 혼합물이 상기 기재된 특성중 일부, 예컨대 광 출력치와 관련하여 크게 향상된 성능을 갖는 섬광체를 생성시킴을 발견하였다.
다른 실시양태에서, 매트릭스 물질은 단일 란타나이드 할라이드를 기제로 한 다. 란타나이드 할라이드는 LnOX(여기에서, Ln은 란타나이드이고, X는 클로라이드, 브로마이드 또는 아이오다이드 할라이드, 또는 이들 할라이드의 혼합물임)를 실질적으로 함유하지 않는다.
섬광체 물질은 매트릭스 물질용 활성화제를 포함한다. 활성화제는 세륨, 프라세오디뮴 또는 세륨과 프로세오디뮴의 혼합물일 수 있다. 이들 활성화제는 섬광체에 목적하는 발광을 제공한다. 활성화제의 전형적인 양은 아래에 기재된다.
몇몇 실시양태에서, 매트릭스 물질은 비스무트를 추가로 포함할 수 있다. 비스무트의 존재는 저지력 같은 다양한 특성을 향상시킬 수 있다. 비스무트의 양(존재하는 경우)은 어느 정도 변할 수 있으며 아래에 기재된다.
섬광체 조성물을 다양한 형태로 제조하여 사용할 수 있다. 단결정질 형태를 가장 흔히 사용한다. 그러나, 종종 조성물이 다른 형태, 예컨대 다결정질 또는 다결정질 세라믹인 것이 바람직하다. 조성물을 이들 형태로 제조하는 방법(예컨대, 결정 성장 기법)도 아래에 일반적으로 논의된다.
본 발명의 다른 실시양태는 고-에너지 선, 예컨대 감마 선을 검출하기 위한 선 검출기에 관한 것이다. 검출기의 주요 구성요소는 통상 단결정 형태의 상기 섬광체 물질이다. 광검출기(예컨대, 광전자 증배관)가 섬광체에 광학적으로 연결된다. 결정이 감마 선에 대해 탁월하고 재현성있는 섬광 응답을 나타내기 때문에, 검출기는 크게 개선된 성능을 나타낼 수 있다. 이러한 유형의 선 검출기는 아래 논의된 바와 같이 다양한 장치 내로 혼입될 수 있다. 매우 대중적인 두 용도는 물리 검층 도구 및 핵의학 도구(예: 양전자 단층 촬영)이다.
그러므로, 본 발명의 다른 요지는 고-에너지 선을 검출하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 본원에 기재된 독특한 섬광체 물질을 혼입하는 검출기의 사용을 포함한다. 이러한 물질을 제조하는 방법도 기재되어 있다. 이들 방법중 일부는 섬광체 조성물의 용융된 혼합물로부터 단결정을 성장시킴을 포함한다.
본 발명의 다양한 양상에 관한 다른 세부사항은 이하에서 기재된다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질을 포함한다. 한 실시양태에서, 매트릭스 물질은 둘 이상의 란타나이드 할라이드의 고용체 형태이다. 할라이드는 브롬, 염소 또는 요오드이다. 본원에 사용되는 용어 "고용체"는 단일상 또는 다중상을 포함할 수 있는, 고체 결정질 형태의 할라이드의 혼합물을 일컫는다. (당해 분야의 숙련자는 제조 후, 예컨대 소결 또는 조밀화 같은 후속 가공 단계 후, 결정 내에서 상 전이가 일어날 수 있음을 안다.)
본 발명의 섬광체 조성물은 통상적으로 매트릭스 물질 성분 및 활성화제 성분으로 기재된다. 그러나, 성분이 조합될 때 이들은 활성화제 및 성분의 속성을 유지하면서 하나의 긴밀하게-혼합된 조성물로서 생각될 수 있음을 알아야 한다. 그러므로, 예를 들어 매트릭스 물질이 브롬화란탄이고 활성화제 성분이 브롬화세륨인 예시적인 조성물은 (La99Ce01)Br3 같은 하나의 화학식으로 표현될 수 있다.
란타나이드는 희토류 원소중 임의의 원소, 즉 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 밍 루테튬일 수 있다. 란타나이드의 둘 이상의 혼합물도 가능하 다. 본원에서는, 이트륨도 란타나이드 계열의 일부로 간주한다. (당해 분야의 숙련자는 이트륨이 희토류 족과 밀접하게 관련되어 있음을 안다.) 바람직한 란타나이드는 란탄, 이트륨, 가돌리늄, 루테튬, 스칸듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 특히 바람직한 실시양태에서, 란타나이드는 란탄 자체이다.
다양한 란타나이드 할라이드를 본 발명에 사용할 수 있다. 비한정적인 예는 염화루테튬, 브롬화루테튬, 염화이트륨, 브롬화이트륨, 염화가돌리늄, 브롬화가돌리늄, 염화프라세오디뮴, 브롬화프라세오디뮴 및 이들의 혼합물을 포함한다. 그러나, 바람직한 실시양태에서는, 할로겐화란탄, 즉 브롬화란탄(LaBr3), 염화란탄(LaCl3) 및 요오드화란탄(LaI3)의 몇몇 조합을 사용한다. 이들 물질은 당해 분야에 공지되어 있고 시판중이거나, 종래의 기법에 의해 제조될 수 있다.
일부 바람직한 실시양태에서, 고용체는 브롬화란탄과 염화란탄의 혼합물을 기제로 한다. 이 경우, 두 화합물의 비는 상당히, 즉 약 1:99 내지 약 99:1의 몰비로 달라질 수 있다. 매우 종종, 염화란탄 대 브롬화란탄의 몰비는 약 10:90 내지 약 90:10이다. 몇몇 바람직한 실시양태에서, 몰비는 약 30:70 내지 약 70:30이다. 두 화합물의 구체적인 비는 상기 언급된 목적하는 특성, 예컨대 광 출력치 및 에너지 분해능 같은 다양한 인자에 따라 달라진다.
브롬화란탄과 염화란탄의 고용체는 요오드화란탄을 추가로 포함할 수 있다. 통상적으로, 존재하는 요오드화란탄의 양은 고용체에 존재하는 할로겐화란탄의 총몰수에 기초하여 약 0.1 내지 약 99몰%이다. 몇몇 바람직한 실시양태에서, 존재하 는 요오드화란탄의 양은 약 1 내지 약 50몰%이다. 또한, 고용체가 브롬화란탄 또는 염화란탄중 하나와 요오드화란탄을 포함할 수 있음을 알아야 한다.
요오드화란탄을 지속적으로 첨가하면 결국 고용체 내에서 상 전이가 일어날 수 있다. 새로운 상도 우수한 섬광 특성을 가질 것으로 예측된다. 그러나, 상 전이의 "첨단"에 비교적 근접한 조성물(예컨대, 약 5몰% 내의 요오드화란탄)로부터 단결정을 성장시키기는 어려울 수 있다. 그러므로, 이들 조성물은 몇몇 용도에 유용할 수 있기는 하지만 본 발명에서 일반적으로 덜 바람직하다. (널리 공지된 기법을 이용하여 상 전이가 일어나는 때를 결정할 수 있다. 예를 들어, X-선 회절을 이용할 수 있다.)
다른 바람직한 실시양태에서, 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질은 단일 란타나이드 할라이드의 사용에 기초한다. 이 실시태양의 경우, 란타나이드 할라이드는 실질적으로 LnOX(여기에서, Ln은 란타나이드이고, X는 염소, 브롬 또는 요오드, 또는 이들 할라이드의 혼합물임)를 실질적으로 함유하지 않아야 한다. 특정 매개변수에 사용되는 "실질적으로 함유하지 않는"은 약 0.1몰% 미만, 바람직하게는 약 0.01몰% 미만의 산소를 함유하는 화합물을 나타내는 의미이다. 본 발명자들은 예기치 못하게 개선된 특성(예: 높은 광 출력치)을 갖는 섬광체를 제조하는데 이러한 유형의 산소-비함유 란타나이드 할라이드를 사용할 수 있음을 발견하였다.
산소-비함유 란타나이드 할라이드를 제조하는 방법은 일반적으로 아래에 기재되는 절차를 따른다. 그러나, 이 경우에는, 제조 환경에서 산소를 완전히 배제시키는 특수한 단계를 거친다. 당해 분야의 숙련자는 산소 및 수분을 엄격하게 배 제하면서 조성물을 제조하는 기법에 정통하다. 예를 들어, 출발 물질을 불활성 대기(예를 들면, 질소 또는 아르곤으로 퍼지시킨 대기)를 갖는 글로브 박스 내에 위치시킬 수 있다. 이러한 대기는 통상 약 100ppm 미만의 산소 농도 및 약 3ppm 미만의 수분 함량으로 유지된다. MnO 산소-제거 칼럼을 통해 통과시킴으로써 불활성 기체를 정제할 수 있다. 사용되는 임의의 용매를 아르곤 하에서 증류시키고 진공하에 저장할 수 있다. 다른 화합물을 탈기시키고 또한 아르곤 하에서 증류시킬 수 있다. 일부 실험실 또는 제조 설비에서는, 이중 매니폴드 슐렝크(Schlenk) 라인 상의 화염 처리된 슐렝크 유형의 유리 용기를 사용한다. 고진공(예컨대, 10 내지 5토르) 라인을 종종 이용한다. 뿐만 아니라, 재순환기를 글로브 박스에 부착시킬 수 있다. 당해 분야의 숙련자는 소정 상황에 가장 적절한 절차 및 설비를 용이하게 결정할 수 있다.
할로겐화란탄을 제조하는 한 예시적인 예가 제공될 수 있다. 제 1 단계에서는, 화학량론적 양의 요오드화암모늄[NH4IX(여기에서, X는 Cl, Br, I임)]을 약 250℃에서 산화란탄(La2O3)과 혼합한다. 생성된 생성물은 물 및 암모니아와 함께 할로겐화란탄의 암모늄 염, 즉 (NH4)3[LaX6]이다. 물 및 암모니아를 혼합물로부터 제거한다. 이어, 암모늄 염을 약 300℃ 이상에서 진공하에 가열하여 할로겐화란탄(LaX3) 및 부산물인 할로겐화암모늄을 생성시킨다. 요오드화란탄을 단리 및 정제할 수 있다. 암모늄 염과 산화란탄의 부반응[이는 원치 않는 란타늄 옥시할라이드(LaOX)를 생성시킴]을 피하도록 주의한다(예컨대, 공기 및 수분 배제). 본원에 기재되는 일반적인 지침하에 다른 방법에 의해서도 이들 물질을 제조할 수 있다. 예를 들면, 탄산란탄 또는 산화란탄을 상응하는 할라이드 산, 예컨대 염화란탄의 경우 염산과 반응시킴으로써 할로겐화란탄을 제조할 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 섬광체 조성물은 매트릭스 물질용 활성화제를 추가로 포함한다. (활성화제는 때때로 "도판트"라고 불린다.) 바람직한 활성화제는 세륨, 프라세오디뮴 및 세륨과 프라세오디뮴의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 발광 효율 및 붕괴 시간 면에서, 세륨이 종종 바람직한 활성화제이다. 이는 통상 그의 3가 형태, 즉 Ce3 + 형태로 사용된다. 활성화제를 다양한 형태로, 예컨대 염화세륨 또는 브롬화세륨 같은 할라이드의 형태로 공급할 수 있다.
추가적인 도판트를 첨가하여 섬광체 조성물의 저지력을 증가시킬 수 있다. 란타나이드 할라이드 섬광체 조성물은 다른 시판중인 섬광체 조성물에 비해 낮은 물리적 밀도를 갖는다. 예를 들어, 란타나이드 할라이드 조성물은 약 4 내지 약 5g/cc의 물리적 밀도를 갖는다. BGO 및 LSO 같은 다른 섬광체 조성물은 약 7 내지 약 9g/cc의 물리적 밀도를 갖는다. 란타나이드 할라이드 조성물의 물리적 밀도 및 저지력을 증대시키기 위하여, 이들 조성물의 결정 크기가 더 클 수 있으며, 이에 따라 검출기상의 섬광 층의 두께가 증가될 수 있다. 결정 크기 및/또는 섬광체 층의 두께를 증가시키는 것은 적어도 광 출력치 면에서 섬광 조성물의 효율에 역효과를 끼칠 수 있다.
본 발명과 관련하여, 세륨 활성화되는 란타나이드 할라이드 섬광체 조성물을 비스무트로 도핑하면 섬광체 조성물의 효율이 증가되는 것으로 밝혀졌다. 다른 도판트에 비해 높은 원자 번호의 비스무트는 결정의 저지력을 개선시킬 수 있다. 따라서, 조성물의 전체적인 물리적 밀도 및 저지력을 증가시키기 위하여 비스무트를 조성물에 첨가할 수 있다.
존재하는 활성화제 및 비스무트의 양은 사용되는 특정 할라이드-란타나이드 매트릭스; 목적하는 방출 특성 및 붕괴 시간; 및 섬광체가 혼입되는 검출 장치의 유형에 따라 달라지게 된다. 통상적으로는, 활성화제와 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질의 총 몰수에 기초하여 약 0.1 내지 약 20몰%의 수준으로 활성화제를 사용한다. 전형적으로는, 약 0.1 내지 약 20몰%의 수준으로 비스무트를 사용한다. 다수의 바람직한 실시양태에서, 활성화제 및 비스무트의 양은 각각 약 1 내지 약 10몰%이다.
몇 가지 상이한 형태로 본 발명의 조성물을 제조할 수 있다. 일부 바람직한 실시양태에서, 조성물은 단결정질(즉, "단결정") 형태이다. 단결정질 섬광 결정은 투명성 경향이 더 크다. 이들은 고-에너지 선 검출기, 예컨대 감마 선에 대해 사용되는 것에 특히 유용하다.
그러나, 조성물은 그의 의도하는 최종 용도에 따라 다른 형태일 수도 있다. 예를 들어, 이는 분말 형태일 수 있다. 이를 다결정질 세라믹의 형태로 제조할 수도 있다. 섬광체 조성물이 앞서 참조된 공보, 즉 WO 01/60944 A2 호 및 WO 01/60945 A2 호(본원에 참고로 인용됨)에 기재된 바와 같이 소량의 불순물을 함유할 수 있음도 알아야 한다. 이들 불순물은 통상적으로 출발 물질에서 유래되며, 전형적으로 섬광체 조성물의 약 0.1중량% 미만을 구성한다. 매우 자주, 이들은 조성물의 약 0.01중량% 미만을 구성한다. 조성물은 또한 그 부피 백분율이 통상 약 1% 미만인 기생 상(parasite phase)도 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 본원에 참고로 인용된 라이온즈(Lyons) 등의 미국 특허 제 6,585,913 호에 교시된 바와 같이, 미량의 다른 물질을 의도적으로 섬광체 조성물에 포함시킬 수 있다. 예를 들어, 산화프라세오디뮴 및/또는 산화테르븀을 첨가하여 잔광을 감소시킬 수 있다. 칼슘 및/또는 디스프로슘을 첨가하여 선 손상의 가능성을 감소시킬 수 있다.
섬광체 물질을 제조하는 방법은 당해 분야에 일반적으로 공지되어 있다. 습식 또는 건식 공정에 의해 조성물을 통상적으로 제조할 수 있다. (섬광체 조성물이 이들 공정의 다양한 반응 생성물을 함유할 수 있음을 알아야 한다.) 다결정질 물질을 제조하는 몇몇 예시적인 기법이 상기 라이온즈의 특허 및 본원에 참고로 인용된 돌(Dole)의 미국 특허 제 5,213,712 호 및 린치(Lynch) 등의 미국 특허 제 5,882,547 호에 기재되어 있다. 통상적으로는, 먼저 목적하는 물질을 올바른 비율로 함유하는 적합한 분말을 제조한 다음 하소, 다이 성형, 소결 및/또는 열간 등방 프레싱(hot isostatic pressing) 같은 작업을 수행한다. 다양한 형태의 반응물(예컨대, 염, 옥사이드, 할라이드, 옥살레이트, 카본에이트, 나이트레이트 또는 이들의 혼합물)을 혼합함으로써 분말을 제조할 수 있다. 물, 알콜 또는 탄화수소 같은 액체의 존재하에서 혼합을 수행할 수 있다.
한 예시적인 건식 공정에서는, 적절한 반응물을 통상 분말 형태로 공급한다. 예를 들어, 하나 이상의 란타나이드-함유 반응물을 하나 이상의 할라이드-함유 반 응물 및 하나 이상의 활성화제-함유 반응물과 혼합할 수 있다. (앞서 기재된 바와 같이 둘 이상의 란타나이드 할라이드가 필요한 경우에는 둘 이상의 할라이드-함유 반응물을 사용한다.) 란타나이드 반응물 및 활성화제 반응물은 종종 산소-함유 화합물, 예컨대 옥사이드, 나이트레이트, 아세테이트, 옥살레이트, 설페이트, 포스페이트 또는 이들중 임의의 조합이다. 규정된 조건하에서, 이들 화합물중 다수는 분해되어 목적하는 화합물, 예컨대 란탄 및 세륨의 산화물을 생성시킨다. 하소 단계가 종종 상응하는 산화물을 수득하는데 필요하다. 몇몇 바람직한 실시양태에서는, 란타나이드 및 할라이드를 단일 반응물로서, 예컨대 염화란탄 같은 할로겐화란탄으로서 공급한다.
충분하고 균일하게 블렌딩시키는 임의의 적합한 수단에 의해 반응물의 혼합을 수행할 수 있다. 예를 들어, 막자사발과 막자에서 혼합을 수행할 수 있다. 다르게는, 볼 밀(ball mill), 보울 밀(bowl mill), 해머 밀 또는 제트 밀 같은 블렌더 또는 분말화 장치를 사용할 수 있다. 혼합물은 또한 용융 화합물(fluxing compound) 및 결합제 같은 다양한 첨가제도 함유할 수 있다. 상용성 및/또는 가용성에 따라, 물, 헵테인 또는 에틸 알콜 같은 알콜을 종종 밀링시키는 동안 액체 비히클로서 사용할 수 있다. 적합한 밀링 매체, 예를 들어 섬광체를 오염시키지 않는 물질을 사용해야 하는데, 이러한 오염이 섬광체의 발광능을 감소시킬 수 있기 때문이다.
블렌딩시킨 후, 혼합물을 고용체로 전환시키기에 충분한 온도 및 시간 조건하에서 혼합물을 소성시킨다. 이들 조건은 사용되는 매트릭스 물질 및 활성화제의 구체적인 유형에 따라 달라진다. 통상적으로는, 약 500 내지 약 1100℃의 로에서 소성을 수행한다. 바람직한 범위는 약 600 내지 약 800℃이다. 소성 시간은 전형적으로 약 15분 내지 약 10시간이다.
산소-함유 대기, 불활성 대기 또는 환원 대기에서 소성을 수행할 수 있다. 예로는 공기, 산소, 또는 산소와 불활성 기체(예: 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 및 제논)의 혼합물, 또는 이들 나열된 불활성 기체중 하나 또는 둘 이상의 불활성 기체의 혼합물이 있다. 그러나, 몇몇 바람직한 실시양태에서는(예를 들어 할라이드가 산소-비함유 요오드화란탄인 경우), 상기 기재된 바와 같이 산소를 함유하지 않는 대기에서 소성을 수행한다. 소성이 종결된 후, 생성된 물질을 분말화시켜 섬광체를 분말 형태로 만들 수 있다. 이어, 종래의 기법을 이용하여 분말을 선 검출기 요소로 가공한다.
단결정 물질을 제조하는 방법도 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 비한정적이고 예시적인 참조문헌은 문헌["Luminescent Materials", 블라스(G. Blasse) 등, Springer-Verlag (1994)]이다. 통상적으로는, 조화되는 용융된 조성물을 생성시키기에 충분한 온도에서 적절한 반응물을 용융시킨다. 융점은 반응물 자체의 종류에 따라 달라지지만, 통상적으로는 약 650 내지 약 1050℃이다. 할로겐화란탄 및 세륨계 활성화제의 경우, 융점은 전형적으로 약 750 내지 약 950℃이다.
단결정이 요구되는 대부분의 실시양태에서는, 적합한 기법에 의해 용융된 조성물로부터 결정을 생성시킨다. 다양한 기법을 이용할 수 있다. 이들은 포웰즈(Pauwels) 등의 미국 특허 제 6,437,336 호; 문헌["Crystal Growth Processes", 브라이스(J. C. Brice), Blackie & Son Ltd (1986); 및 문헌["Encyclopedia Americana", 제8권, Grolier Incorporated (1981), 페이지 286-293] 같은 다수의 참조문헌에 기재되어 있다. 이들의 기재내용은 본원에 참고로 인용된다. 결정-성장 기법의 비한정적인 예는 브리지맨-스톡바거(Bridgman-Stockbarger) 방법; 조크랄스키(Czochralski) 방법; 대역-용융 방법(또는 "부유 대역" 방법); 및 온도 구배 방법이다. 당해 분야의 숙련자는 이들 각 방법과 관련하여 필요한 세부사항에 정통하다.
부분적으로 상기 언급된 라이온즈 등의 특허의 교시에 기초하여, 섬광체를 단결정 형태로 제조하는 한 가지 비한정적인 예가 제공될 수 있다. 이 방법에서는, (상기 기재된) 목적하는 조성의 종정을 포화 용액 내로 도입한다. 용액은 적합한 도가니에 넣어지고, 섬광체 물질용의 적절한 전구체를 함유한다. 상기 언급된 성장 기법중 하나를 이용하여 새로운 결정질 물질을 단결정 내로 성장 및 첨가시킨다. 결정의 크기는 부분적으로 그의 목적하는 최종 용도, 예를 들어 결정이 혼입되는 선 검출기의 유형에 따라 달라진다.
섬광체 물질을 다른 형태로 제조하는 방법도 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 상기 언급된 다결정질 세라믹 형태의 경우에는, 먼저 앞서 기재된 바와 같이 섬광체 물질을 분말 형태로 제조한다(또는 분말 형태로 전환시킨다). 이어, 전형적으로 분말의 융점의 약 65 내지 85%인 온도에서 종래의 기법에 의해(예컨대, 로에서) 물질을 투명해질 때까지 소결시킨다. 소결은 대기압 조건하에서 또는 가압하에 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 섬광 검출기로 고-에너지 선을 검출하는 방법에 관한 것이다. 검출기는 본원에 기재된 섬광체 조성물로부터 제조되는 하나 이상의 결정을 포함한다. 섬광 검출기는 당해 분야에 널리 공지되어 있고 여기에서 상세하게 기재할 필요가 없다. 이러한 장치를 논의하는 (다수의 참조문헌중) 일부 참조문헌은 상기 언급된 미국 특허 제 6,585,913 호 및 제 6,437,336 호, 및 또한 본원에 참고로 인용되는 차이(Chai) 등의 미국 특허 제 6,624,420 호이다. 일반적으로, 이들 장치의 섬광체 결정은 연구되는 출처(source)로부터 선을 받아들이고, 선에 특징적인 광자를 생성시킨다. 광자를 몇 가지 유형의 광검출기로 검출한다. (광검출기는 통상적인 전자 및 기계적 부착 시스템에 의해 섬광체 결정에 연결된다.)
상기 언급된 바와 같이, 광검출기는 모두 당해 분야에 널리 공지되어 있는 다양한 장치일 수 있다. 비한정적인 예는 광전자 증배관, 포토다이오드, CCD 센서 및 영상 증배관을 포함한다. 특정 광검출기의 선택은 부분적으로는 제작되는 선 검출기의 유형 및 그의 의도되는 용도에 따라 달라진다.
섬광체 및 광검출기를 포함하는 선 검출기 자체는 앞서 언급된 바와 같이 다양한 도구 및 장치에 연결될 수 있다. 비한정적인 예는 물리 검층 도구 및 핵의학 장치(예컨대, PET)를 포함한다. 선 검출기는 또한 디지털 이미징 설비, 예를 들어 픽셀화된 평면 패널 장치에도 연결될 수 있다. 뿐만 아니라, 섬광체는 스크린 섬광체의 구성요소로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 분말화된 섬광체 물질을 필름(예컨대, 사진 필름)에 부착되는 비교적 편평한 판으로 성형시킬 수 있다. 몇몇 출처로부터 유래되는 고에너지 선, 예컨대 X-선이 섬광체와 접촉하고 광자로 전환되어 필름상에서 현상된다.
바람직한 최종 용도중 몇 가지를 또한 간락하게 논의해야 한다. 물리 검층 장치는 앞서 언급된 바 있으며, 이들 선 검출기의 중요한 용도를 나타낸다. 물리 검층 관에 선 검출기를 작동가능하게 연결시키는 기법은 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 일반적인 개념은 본원에 참고로 인용된 린덴(Linden) 등의 미국 특허 제 5,869,836 호에 기재되어 있다. 섬광체를 함유하는 결정 패키지는 통상 봉입-케이스의 한쪽 단부에 광학 창을 포함한다. 창은, 패키지에 연결된 광-감지 장치(예컨대, 광전자 증배관)에 의해 측정하기 위하여, 선에 의해 유도된 섬광이 결정 패키지에서 나가도록 한다. 광-감지 장치는 결정으로부터 방출된 광자를 전기적 펄스로 전환시키며, 이 전기적 펄스는 관련 전자 장치에 의해 형상화 및 디지털화된다. 이러한 일반적인 공정에 의해 감마 선을 검출할 수 있고, 이에 따라 시추공을 둘러싼 암반층을 분석할 수 있다.
상기 언급된 PET 장치 같은 의료용 화상 진찰 설비는 선 검출기의 다른 중요한 용도를 나타낸다. PET 장치에 선 검출기(섬광체를 함유함)를 작동가능하게 연결시키는 기법도 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 일반적인 개념은 본원에 참고로 인용된 윌리암스(Williams) 등의 미국 특허 제 6,624,422 호 같은 다수의 참조문헌에 기재되어 있다. 간락하게, 방사성 약물을 통상적으로 환자에게 주사하면 관심있는 기관 내에 농축되게 된다. 화합물로부터의 방사성 핵종이 붕괴하고 양전자를 방출한다. 양전자가 전자와 만나게 되면, 이들은 쌍소멸되고 광자 또는 감마 선으로 전환된다. PET 스캐너는 이들 "쌍소멸"을 3차원에 위치시킴으로써, 관찰하기 위해 관심있는 기관의 형상을 재구축할 수 있다. 스캐너의 검출기 모듈은 통상 관련 회로와 함께 다수의 "검출기 블록"을 포함한다. 각 검출기 블록은 규정된 배열의 섬광체 결정의 어레이를 광전자 증배관과 함께 함유할 수 있다.
물리 검층 및 PET 기법 둘 다에서, 섬광체의 광 출력치는 중요하다. 본 발명은 요구되는 기술 용도에 바람직한 광 출력치를 제공할 수 있는 섬광체를 제공한다. 뿐만 아니라, 결정은 상기 기재된 다른 중요한 특성, 예를 들어 신속한 붕괴 시간, 감소된 잔광, 높은 "저지력" 및 허용가능한 에너지 분해능을 동시에 나타낼 수 있다. 더욱이, 섬광체 물질은 경제적으로 제조될 수 있으며, 또한 선 검출이 요구되는 다양한 다른 장치에 사용될 수 있다.
실시예 1
하기 실시예는 단순히 예시하기 위한 것이며, 청구된 본 발명의 영역을 어떠한 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
광 출력치 분석을 위해 6개의 섬광체 샘플을 조사하였다. 샘플 A는 상업적인 공급처로부터 수득된 브롬화란탄(LaBr3)이었다. 샘플 B는 동일한 방식으로 수득된 염화란탄(LaCl3)이었다. 이들 샘플 각각은 대조용으로서 작용하였다.
샘플 C는 본 발명의 영역에 속하는 조성물이었다. 조성물은 염화란탄과 브롬화란탄의 세륨-활성화되는 고용체였다. 염화세륨을 염화란탄 및 브롬화란탄과 건식 혼합함으로써 조성물을 제조하였다. (모든 물질은 시중에서 구입하였다.) 막자사발과 막자에서 혼합을 수행하였다. 이어, 균일한 혼합물을 알루미늄 도가니로 옮기고 약 600℃에서 소성시켰다. 가열 대기는 수소 0.5%와 질소 99.5%의 혼합물이었다. 염화란탄 대 브롬화란탄의 최종 몰비는 66:34였다. (출발 물질 수준을 조정하여 할라이드의 목적하는 비율을 유지하였다.)
샘플 D는 본 발명의 영역에 속하는 다른 조성물이었다. 염화세륨이 아닌 브롬화세륨을 활성화제로 사용하여 샘플 C에서와 동일한 방식으로 샘플을 제조하였다. 이 경우에는, 염화란탄 대 브롬화란탄의 최종 몰비가 34:66이었다.
샘플 E는 활성화제로서 염화세륨보다는 브롬화세륨을 사용한 것을 제외하고는 샘플 C와 실질적으로 동일하였다. 샘플 F는 브롬화세륨보다는 염화세륨을 활성화제로서 사용한 것을 제외하고는 샘플 D와 실질적으로 동일하였다. 샘플 E와 F도 청구된 본 발명의 영역에 속하였다.
표 1은 각 섬광체 물질의 관찰된 광 출력치를 상대 백분율로 보여준다. 선택된 기준물은 100%의 광 출력치를 갖는 대조용 샘플 A이다.
Figure 112006094128183-PAT00001
표 1은 데이터는 강도(임의 단위)의 함수로서의 파장(nm)의 플롯인 도 1에 그래프로도 도시되어 있다. 여기 파장은 약 300nm였다. 데이터는 고용체를 기제로 하는 샘플(C, D, E, F) 각각이 샘플 A 또는 B보다 훨씬 더 높은 광 출력치 값을 가짐을 보여준다. 광 출력치에서의 개선은 각 할라이드의 상이한 비율에서 명백하였다. 상이한 세륨 활성화제 화합물을 사용할 때에도 개선은 일반적으로 유지되었다.
실시예 2
하기 실시예는 단순히 예시하기 위한 것이며, 청구된 본 발명의 영역을 어떠한 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
광 출력치 분석을 위해 5개의 섬광체 샘플을 조사하였다. 샘플 A는 상업적인 공급처로부터 수득된 브롬화란탄(LaBr3)이었다. 이 샘플은 대조용으로서 작용하였다. 대조용 샘플 A, 및 아래 기재되는 샘플 B, C, D 및 E가 다른 란타나이드 할라이드 또는 세륨 외의 활성화제를 포함하지 않았지만, 본 발명은 섬광체 조성물의 효율을 향상시킬 수 있는 비스무트 또는 다른 원소 또는 화합물이 첨가된 상기 임의의 섬광체 조성물을 포괄함에 주목한다.
샘플 B는 본 발명의 영역에 속하는 조성물이었다. 조성물은 브롬화란탄의 세륨-활성화 및 비스무트-도핑된 고용체였다. 브롬화세륨 및 브롬화비스무트를 브롬화란탄과 건식 혼합함으로써 조성물을 제조하였다. (모든 물질은 시중에서 수득하였다.) 막자사말 및 막자에서 혼합을 수행하였다. 이어, 균일한 혼합물을 은 관으로 옮긴 후 밀봉하고, 약 800℃에서 소성시켰다. 가열 대기는 순수한 질소였다. 브롬화란탄 대 브롬화세륨 및 브롬화비스무트의 최종 몰비는 98:1:1이었다. (출발 물질 수준을 조정하여 할라이드의 목적하는 비율을 유지하였다.)
샘플 C, D 및 E는 본 발명의 영역에 속하는 조성물이었으며, 상기 기재된 동일한 세 화합물, 즉 브롬화란탄, 활성화제로서의 브롬화세륨 및 브롬화비스무트를 상이한 몰비로 포함하였다. 샘플 B에서와 동일한 방식으로 샘플을 제조하였다. 샘플 C의 경우, 브롬화란탄 대 브롬화세륨 및 브롬화비스무트의 최종 몰비는 96:1:3이었다. 샘플 D에서 브롬화란탄 대 브롬화세륨 및 브롬화비스무트의 최종 몰비는 94:1:5였다. 샘플 E에서 브롬화란탄 대 브롬화세륨 및 브롬화비스무트의 최종 몰비는 89:1:10이었다.
표 2는 각 섬광체 물질의 관찰된 광 출력치를 상대 백분율로 보여준다. 선택된 기준물은 100%의 광 출력치를 갖는 대조용 샘플 A이다.
Figure 112006094128183-PAT00002
표 2의 데이터는 또한 강도(임의 단위)의 함수로서의 파장(nm)의 플롯인 도 2에 그래프로도 도시되어 있다. 샘플은 X-선에 의해 여기되었다. 데이터는 비스무트로 도핑된 샘플 B, C, D 및 E 각각이 비스무트를 포함하지 않은 기준 대조용에 필적하거나 또는 대부분의 경우 더 높은 광 출력치 값을 가졌음을 보여준다. 데이터는 또한 세륨 활성화된 섬광체 조성물중 비스무트의 양이 증가되면 광 출력치 값이 더 높아졌음을 보여준다. 개선 또는 적어도 필적할만한 광 출력치의 유지는 또한 상이한 할라이드 화합물이 사용될 때에 일반적으로 유지되었다.
본 발명과 관련하여, 비스무트를 섬광체 매트릭스에 첨가하면 섬광체의 전체적인 물리적 밀도를 증가시킴이 분명하다. 조성물의 밀도를 증가시킴으로써 저지력 또는 선을 흡수하는 능력을 개선시킬 수 있다. 더 높은 물리적 밀도를 가짐은 또한 섬광 매트릭스에 더 작은 결정을 사용하는 것으로 해석되며, 이는 다시 검출 장치에서의 섬광 층 또는 매트릭스의 두께가 감소되는 것으로 해석된다. 따라서, 비스무트는 섬광체 조성물의 섬광 효율을 개선시킬 수 있다.
구체적인 실시양태 및 실시예에 따라 본 발명을 기재하였다. 그러나, 당해 분야의 숙련자는 청구된 본 발명의 원리 및 영역으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형, 변화 및 대안을 이끌어낼 수 있다. 상기 언급된 특허, 논문 및 문헌은 모두 본원에 참고로 인용된다.
본 발명에 따라, 요구되는 기술 용도에 바람직한 광 출력치를 제공할 뿐만 아니라 다른 중요한 특성(예컨대, 신속한 붕괴 시간, 감소된 잔광, 높은 저지력 및 허용가능한 에너지 분해능)을 동시에 나타내는 섬광체 물질을 경제적으로 제공할 수 있으며, 이들 섬광체 물질을 선 검출이 필요한 다양한 장치에 사용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 하나 이상의 란타나이드 할라이드를 포함하는 매트릭스 물질; 세륨, 프라세오디뮴 및 세륨과 프라세오디뮴의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 포함하는 매트릭스 물질용 활성화제; 및 비스무트, 및 이들의 반응 생성물을 포함하는 섬광체(scintillator) 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 란타나이드 할라이드, 활성화제 및 비스무트의 몰비가 약 98:1:1 내지 약 1:1:98인 섬광체 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 란타나이드 할라이드, 활성화제 및 비스무트의 몰비가 약 98:1:1 내지 약 89:1:10인 섬광체 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 란타나이드 할라이드, 활성화제 및 비스무트의 몰비가 약 98:1:1 내지 약 1:98:1인 섬광체 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 란타나이드 할라이드, 활성화제 및 비스무트의 몰비가 약 98:1:1 내지 약 1:89:10인 섬광체 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질이 (i) 둘 이상의 란타나이드 할라이드의 고용체(solid solution), 및 (ii) 산소를 실질적으로 함유하지 않는 요오드화란탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬광체 조성물.
  7. (a) (i) 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질; (ii) 세륨, 프라세오디뮴 및 세륨과 프라세오디뮴의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 포함하는 매트릭스 물질용 활성화제; 및 (iii) 비스무트, 및 이들의 임의의 반응 생성물을 포함하는 결정 섬광체; 및
    (b) 섬광체에 의해 생성된 광 펄스의 방출에 응답하여 전기적 신호를 생성시킬 수 있도록 섬광체에 광학적으로 연결된 광검출기를 포함하는,
    고-에너지 선을 검출하기 위한 선 검출기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 섬광체의 매트릭스 물질중 란타나이드가 란탄인 선 검출기.
  9. (a) 활성화된 할라이드-란타나이드계 섬광체 결정에 의해 선을 수용하여, 선의 특 징인 광자를 생성시키는 단계; 및
    (b) 섬광체 결정과 연결된 광자 검출기로 광자를 검출하는 단계를 포함하며, 이 때
    상기 섬광체 결정이 (i) 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질; (ii) 세륨, 프라세오디뮴 및 세륨과 프라세오디뮴의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소를 포함하는 매트릭스 물질용 활성화제; 및 (iii) 비스무트를 포함하는,
    섬광 검출기로 고-에너지 선을 검출하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 할라이드-란타나이드 매트릭스 물질이 (i) 둘 이상의 란타나이드 할라이드의 고용체, 및 (ii) 산소를 실질적으로 함유하지 않는 란타나이드 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 고-에너지 선을 검출하는 방법.
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