KR20080096529A - 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터 물질 및 그 제조방법 - Google Patents

소결된 입방체 할라이드 신틸레이터 물질 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20080096529A
KR20080096529A KR1020087018810A KR20087018810A KR20080096529A KR 20080096529 A KR20080096529 A KR 20080096529A KR 1020087018810 A KR1020087018810 A KR 1020087018810A KR 20087018810 A KR20087018810 A KR 20087018810A KR 20080096529 A KR20080096529 A KR 20080096529A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cube
halide
scintillator
range
particle size
Prior art date
Application number
KR1020087018810A
Other languages
English (en)
Inventor
세르지오 파울로 마틴스 루레이로
벤캐트 서브라마니엄 벤카타라마니
루카스 클라크
케빈 피. 매키보이
칼 조수아 베스
토마스 맥널티
스티븐 주드 두클로스
아드리안 이반
패트리시야 에이. 허바드
Original Assignee
모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈 인크. filed Critical 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈 인크.
Publication of KR20080096529A publication Critical patent/KR20080096529A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/023—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor the sheet or ribbon being in a horizontal position
    • C03B33/033—Apparatus for opening score lines in glass sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/5152—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on halogenides other than fluorides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/553—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on fluorides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C04B35/6455—Hot isostatic pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/61—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing fluorine, chlorine, bromine, iodine or unspecified halogen elements
    • C09K11/615—Halogenides
    • C09K11/616—Halogenides with alkali or alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7772—Halogenides
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K4/00—Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/444—Halide containing anions, e.g. bromide, iodate, chlorite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/444—Halide containing anions, e.g. bromide, iodate, chlorite
    • C04B2235/445—Fluoride containing anions, e.g. fluosilicate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565—Cooling rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C04B2235/662—Annealing after sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/781—Nanograined materials, i.e. having grain sizes below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9661—Colour

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

본 발명의 입방체 할라이드 신틸레이터 물질의 제조 방법은, 약 7 % 내지 약 20 %의 펄스 높이 레졸루션(pulse height resolution)를 갖는 다결정질의 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터를 제공하는데 유효한 압력, 온도, 체류 시간(residence time) 및 입자 크기의 조건들하에 입방체 할라이드와 적어도 하나의 활성제(activator)의 분말 혼합물을 가압하는 단계를 포함한다. 상기 조건들은, 대략 대기 온도로부터 상기 입방체 할라이드의 융점의 약 90 % 까지의 온도의 범위에 있는 온도, 약 30,000 psi 내지 약 200,000 psi의 압력, 약 5 분 내지 약 120 분의 가압 체류 시간 그리고 약 60 마이크로미터 내지 약 275 마이크로미터의 입방체 할라이드 평균 입자 크기를 포함한다.

Description

소결된 입방체 할라이드 신틸레이터 물질 및 그 제조방법{SINTERED CUBIC HALIDE SCINTILLATOR MATERIAL, AND METHOD FOR MAKING SAME}
관련 출원들에 대한 상호참조사항
본 출원은, 그 전체가 본 명세서의 참고문헌을 이루는, 2006년 1월 30일자로 출원된 미국 예비특허출원 제60/763249호에 대한 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 요오드화 나트륨 신틸레이터 물질들과 같은 소결된 입방체 할라이드 신틸레이션(scintillation) 검출기들, 및 그 제조 방법들에 관한 것이다.
발명의 배경
탈륨-도핑된(doped) 요오드화 나트륨 (NaI:Tl) 신틸레이터들과 같은 무기 신틸레이션 결정 검출기들은, 의학적 용도, (유정 시추와 같은) 지질학적 용도, 폐기물 관리; 육류, 과일, 채소를 포함하는 식료품에서의 방사선 검출 및 국가 안보에 이르는 여러 용도들에 폭넓게 사용되어 왔다. 핵 의학은 소량의 방사성 약물 화합물을 보유한, 환자의 내부 장기와 같은, 소스로부터 방출된 감마선들과 같은, 광자들을 검출하는 것을 포함한다. 신틸레이션 카메라는, 연구 대상으로부터 입사되는 감마선 광자들을 흡수하기 위해 검출기로서 요오드화 나트륨 신틸레이터를 사용하 고, 광 이벤트들(light events)을 만들기 위해 흡수된 감마선들과 상호작용한다. 신틸레이터는 감마 광자의 에너지를, 환자 반대편의 신틸레이팅 결정을 검시하는 광전자 증폭관 어레이(photo-multiplier tube array)에 의해 검출되는 빛의 플래시(flash of light)로 변환시킨다. 석유 시추와 같은, 자원에 대한 심부 유정 시추에 있어서, 시추정의 지질학적 조성들 및 상태들과 관련된 많은 양의 정보가 분석을 위해 필요하다. 고속중성자원(fast neutron source)으로서의 NaI:Tl 신틸레이터들은 산란되어 감마선들을 만들어내는 유정 시굴 환경에 흡수될 수 있으며, 그에 따라 유정 시굴 환경의 물리적 특성들을 얻을 수 있다.
NaI:Tl 결정들을 사용하는 신틸레이션 카운팅(counting)이 또한 교정 프로토콜들(remedial protocols)을 확립하기 위해 신속하고 효율적인 방식으로 방사성 핵종 오염을 포함하는 폐기물 처리장의 오염물질들을 정량화하기 위해 사용되어 왔다. NaI:Tl 신틸레이터들을 사용하는 감마-스펙트로미터들이, 방사성 핵종들의 존재를 검출하기 위해, 지상 식물, 토양, 우유, 곡물, 채소들, 게임 동물 샘플링(game animal sampling), 그리고 사슴과 같은 충돌사 동물들(road kills)까지 시험하기 위해 사용되어 왔다. 국경을 넘어 또는 공공 건물들 및 시설들에 고방사능 폭탄(dirty bombs)을 포함하는 방사성 물질들의 밀수에 따른 국가 안보에 대한 위협에 대항하기 위해, 휴대용 및/또는 소형 방사선 검출기들이 점차 스캐닝 패키지들, 컨테이너들, 자동차들, 선적물들 등에 대한 국경 및 국토의 광범위한 보안 시스템의 일부로서 사용되어 왔다. 이러한 장치들은, 감마선들 또는 중성자들 및 신틸레이션 검출기들(예컨대, 요오드화 나트륨 결정들) 사이의 충돌들을 기록하여, 광전자 증폭기(photomultiplier)에 의해 포착되고 카운터에 의해 등록된 빛의 플래시들을 만들어낸다.
이러한 용도들에 사용되는 요오드화 나트륨 신틸레이터들은, 1948년으로 거슬러 올라가는 과학기술인, 탈륨 활성화(activated) 요오드화 나트륨 결정들을 포함한다. 선행 기술에 있어서, 커다란 크기들의 NaI 결정들이 Bridgman-Stockbarger 방법, Czochralski 방법, 또는 다른 단일-결정 기술들의 어느 하나로 성장된다. 이러한 기술들의 몇몇은 그 근본이 1950년대로 거슬러 올라간다. 그러나, 이들 모두 결정들의 성장을 위한 에너지집약로들(energy-intensive furnaces)의 사용을 필요로 하며, 몇몇은 결정에서의 온도 및 열 변형(strain) 범위들, 성장계면(growth interface)의 형상 및 용융물(melt)에서의 대류 패턴과 같은 수율 및 품질 복합 임계 제어 파라미터들을 갖는다. 일반적으로 그 밖의 알칼리 할라이드 결정들 중에서도, 요오드화 나트륨 결정들을 만들기 위한 방법들이 개시되어 있는 몇몇 간행물들이 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,178,719호에는 결정 전체에 걸쳐 잔여 불순물 및 도핑제(dopant) 농도들을 제어하기 위한 방법이 개시되어 있다. 그러나, 신틸레이터 결정들을 제조하기 위한 대부분의 품질 제어 해법들은 영업 비밀로 유지되어 왔다.
1950년대에 분말들로부터 신틸레이터들을 제조하려는 시도가 이루어졌다. 영국 특허 제792,071호에는 먼저 활성 분말들을 ∼120,000 psi의 압력하에서 압축시킨 다음 결정의 융점까지의 온도, 예컨대, 요오드화 나트륨에 있어서는 200℃ 내지 65O℃의 온도에서 압축물을 가열-처리함으로써 투명한 신틸레이션 결정을 만드는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 제S48-9272호에는, 약 0.5 mm의 두께의 신틸레이터를 제조하기 위해 일단의 과립형 NaI 결정들에 "평방센티미터당 수톤" (1000 kg / cm2 = 14,223 psi)의 압력을 가하는 방법이 개시되어 있다. 카시우크(Kashyuk) 등의 문헌에는, 투명한 디스크들을 얻기 위해 10분 동안 120℃ 및 3000 내지 12,000 kg/cm2 (42,670 내지 170,680 psi)에서 알칼리성 클로라이드 분말을 압축하는 방법이 개시되어 있다.
선행 기술의 방법들은 상업적 용도들에 사용되기에 불충분한 양의 결정들을 결과로서 만들어낸다. 본 발명은 극히(critically) 필요한 적절한 품질의 입방체 할라이드 신틸레이터들을 공급하는 방법을 제공한다.
발명의 요약
본 발명은 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조방법을 제공한다. 이 방법은, 약 7 % 내지 약 20 %의 662 keV 하의 펄스 높이 레졸루션(pulse height resolution)을 갖는 소결된 다결정질의 입방체 할라이드 신틸레이터를 제공하는데 유효한 압력, 온도, 체류 시간(residence time) 및 입자 크기의 조건들하에 입방체 할라이드와 적어도 하나의 활성제(activator)의 분말 혼합물을 가압하는 단계를 포함하며, 여기서, 프로세싱 온도는 대략 대기 온도로부터 섭씨 온도로 상기 입방체 할라이드의 융점의 약 90 %까지의 온도의 범위에 있고, 압력은 약 30,000 psi 내지 약 200,000 psi이며, 가압 체류 시간이 약 5 분 내지 약 120 분이고 그리고 입방체 할라이드 평균 입자 크기가 약 60 마이크로미터 내지 약 2000 마이크로미터이다.
본 발명의 다른 측면은, 하나의 소결된 금속 할라이드 신틸레이터 몸체(body) 그리고 상기 신틸레이터 몸체에 광학적으로 결합된 하나의 광검출기를 포함하여 구성되어, 상기 신틸레이터 몸체에 의해 만들어진 광 펄스의 방출에 응답하여 하나의 전기적 신호를 만들어낼 수 있는, 고 에너지 방사선 검출기이다.
본 발명은 더 높은 처리량, 더 우수한 수율, 감소된 스크랩(scrap), 향상된 기계적 특성들, 더 균일한 활성제 분포 및 화학량론에 대한 더 우수한 제어를 제공하는 장점이 있다.
본 발명의 여러 가지 구쳬예들을 도면들을 참조하여 아래에 설명하기로 하는 바, 도면들 중에서:
도 1은, 본 발명의 신틸레이션 물질을 사용하는 신틸레이션 검출기의 개략도이고; 그리고
도 2 내지 도 7은, 실시예들에 나타나 있는 방법들에 의해 만들어진 신틸레이터 몸체들을 나타낸 사진들이다.
발명의 상세한 설명
본 명세서에 사용된 "대략" 및 "실질적으로"와 같은 용어들을 포함하는 어림잡는 문구는, 그것이 관계된 기본적인 기능에 있어서 변화를 초래하지 않고 달라질 수 있는 여하한 수량적 표현들을 수식하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 "신틸레이터 물질"이라는 용어는, 요오드화 나트륨을 포함하되 이에 한정되지 않는, 방사성 동위 원소 확인 및 원자력 응용물들에 사용하기 위한 입방체 할라이드 물질들을 의미하는, 단수형 또는 복수형의, "신틸레이션 물질"과 서로 바꾸어 사용가능할 수 있다. 신틸레이터 몸체는 신틸레이터 물질의 압밀(compaction)에 의해 만들어진 밀도가 높은 기계적으로 안정된 물품이다.
본 명세서에 사용된 "충분한 양" 또는 "유효량"이라는 용어는, 본 발명의 소결된 입방체 할라이드 몸체로 하여금 측정가능한(measurable) 광 전송을 가지도록 하기에 충분한 압력 또는 충분한 온도와 같은, 바람직한 결과를 가져오기에 충분한 양을 의미한다. 달리 나타내지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 %와 비율은 전체 조성물의 중량에 대한 것이며, 모든 측정들은 실온에서 이루어진다. 본 명세서에 언급된 성분들의 모든 %, 비율 및 레벨들은, 달리 나타내지 않는 한, 성분의 실제량을 기초로 하며, 용제, 필러들 또는 상업적으로 구입가능한 제품들의 성분과 결합될 수 있는 다른 물질들을 포함하지 않는다.
본 발명의 방법은, 약 7 % 내지 약 20 %, 바람직하게는 약 7 % 내지 약 12 %, 그리고 가장 바람직하게는 약 7 % 내지 약 10 %의 662 keV 하의 펄스 높이 레졸루션을 갖는 소결된 다결정질의 입방체 할라이드 신틸레이터를 제공하는데 유효한 압력, 온도, 체류 시간 및 입자 크기의 조건들하에서 입방체 할라이드와 적어도 하나의 활성제의 분말 혼합물을 가압하는 단계를 포함하며, 여기서, 프로세싱 온도는 대략 대기 온도에서 섭씨 온도로 입방체 할라이드의 융점의 약 90 % 까지의 온도의 범위에 있고, 압력은 약 30,000 psi 내지 약 200,000 psi이며, 압축 체류 시간은 약 5 분 내지 약 120 분이며 그리고 입방체 할라이드 평균 입자 크기는 약 60 마이크로미터 내지 약 2000 마이크로미터이다. 가압은 자가 결합 다결정체(autogenously bonded polycrystalline mass)의 신틸레이터 몸체를 만들어내기에 충분한 조건들하에서 행해진다. 이러한 조건들은 상호의존적이어서, 바람직한 입자 압력 및/또는 온도 및/또는 체류 시간이 입자 크기 분포 및/또는 서로에 좌우된다.
따라서, 본 발명의 하나의 구체예에서, 프로세싱 온도는 약 90℃ 내지 약 15O℃의 범위에 있으며, 압력은 약 100,000 psi 내지 약 150,000 psi의 범위에 있고, 체류 시간은 약 5 분 내지 약 10 분의 범위에 있으며 그리고 평균 입자 크기는 약 90 마이크로미터 내지 약 120 마이크로미터의 범위에 있다.
본 발명의 다른 구체예에서, 온도는 약 250℃ 내지 약 45O℃의 범위에 있고, 압력은 약 30,000 psi 내지 약 60,000 psi의 범위에 있으며, 체류 시간은 약 50 분 내지 약 60 분의 범위에 있고 그리고 평균 입자 크기는 약 150 마이크로미터 내지 약 275 마이크로미터의 범위에 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 온도는 약 20℃ 내지 약 30℃의 범위에 있고, 압력은 약 120,000 psi 내지 약 180,000 psi의 범위에 있으며, 체류 시간은 약 5 분 내지 약 10 분의 범위에 있고, 그리고 평균 입자 크기는 약 60 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터의 범위에 있다. 분말 혼합물은 가열하여 소결되거나 가열하지 않고 소결될 수 있다. 또한, 선택적으로 이 혼합물은 수분 및/또는 다른 휘발성 불순물들을 제거하기 위해 전처리될(pre-treated) 수 있고, 예를 들어, 결과로서 얻은 소결된 신틸레이터 몸체를 어닐링하기 위해, 후처리될 수 있다.
신틸레이터 몸체는, 이론적 밀도(즉, 단일 결정의 밀도)의 적어도 약 90 %의 밀도를 갖는 소결된 몸체를 제공하기 위해, 아래에 더 충분히 설명되어 있는, 단일축 가압성형 및 등가압성형을 포함하는 여러 방법들 중의 하나에 의해 제조된다. 다른 구체예에서, 밀도는 이론적 밀도의 적어도 약 95 %이다. 그리고 또 다른 구체예에서, 소결된 몸체는 이론적 밀도의 적어도 99 %의 밀도를 가진다. 가열은, 유도 가열, 마이크로웨이브 가열, 스파크 플라즈마 소결(SPS), 맥동 전류 소결(pulsed electric current sintering: PECS), 컨벡션 오븐들, 복사 히터들, 및 그 동등물과 같은, 본 명세서에 기술된 목적들에 적합한 여하한 수단들에 의해 수행될 수 있다. 완성된 신틸레이터 몸체는 화학적 구성성분들의 입방체 고형물 용액으로 구성된다.
공급 물질들 : 소결된 신틸레이터들의 제조에 있어서의 예비 단계는, 바람직한 신틸레이터 물질 구성성분들을 함유하는 적절한 분말을 제공하는 단계를 포함한다. 하나의 구체예에서, 분말은 고도의 구조적 대칭으로 특징지어지는 입방체 할라이드 물질들을 포함하여 구성된다. 하나의 구체예에서, 입방체 할라이드 물질들은 이성분(binary) 입방체 할라이드 물질들이다. 입방체 물질들은 광학적으로 등방성(isotropic)이다. 즉, 그들은, 모든 방향으로 동일한 굴절률을 가진다. 비-입방체 세라믹들에서, 신틸레이션된 빛은, 결정 입자 경계부들을 가로지르기 때문에 수백번 굴절하며, 그에 따라 긴 광로들(optical paths)과 동시성 흡수(concurrent absorption)를 가져온다. 빛은 또한 빈번히 불완전 반사 채널 벽들(non-perfect reflective channel walls)에 충돌하고(약 95 %), 그리고 포토다이오드에 의해 검 출되기 전에 그러한 충돌후 반사(bounce) 각각에서 약 5 % 감소된다.
본 발명에 사용하기에 적합한 입방체 할라이드 물질들의 비제한적인 예들은, 예컨대, NaI, NaBr, KBr, KI, KCl, CsI, CsBr, CsCl, RbI, RbBr, RbCl 및 RbF와 같은 알칼리 금속 이성분 입방체 할라이드들을 포함한다. 하나의 구체예에서, 입방체 할라이드 물질은 NaI를 포함하여 구성된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 입방체 할라이드들은, 일반적으로 10 메쉬 또는 2000 마이크로미터(μm)의 크기의 비드들(beads)로서, Merck 회사, Chemetall 회사, Aldrich 회사, GRIMN 회사, Cerac 회사, Franmar 회사, Fox Chemicals 회사 등을 포함하는 다수의 제조업자들로부터 상업적으로 구입가능하다.
입방체 할라이드는 방사선을 이온화함에 의한 여기(exitation)시 형광발광을 촉진하기 위해 활성제와 혼합된다. 바람직한 활성제는, 예컨대, 탈륨 할라이드 형태의 탈륨이다. 결정 격자내의 탈륨은, 광자들의 흡수, [결정 격자내의 정공(electron hole)으로 정의되는] 하나의 여기자(exciton)의 포획, 또는 하나의 전자와 하나의 정공의 연속적인 포획의 어느 하나에 의해 들뜬 상태(excited state)로 상승될 수 있는 불순물 중심의 역할을 하는 것으로 믿어진다. 활성제 중심으로서의 탈륨의 중요성은, 그것이 들뜬 에너지로 하여금 다른 상황하에서는 금지된, 결정들의 에너지 레벨들을 넘어서게 하여 에너지가 기저 상태로 감소되는 동안 광자 방출에 의한 신틸레이션 공정에 유리한 레벨들로까지 허용한다는 점이다. 본 발명에 사용하기에 적합한 다른 활성제들은 세슘 및 나트륨을 포함한다.
하나의 구체예에서, NaI와 같은 입방체 할라이드 분말은, 99.99 내지 99.9999 % 순도의 순도 레벨을 위해, 우라늄; 토륨; 그리고 칼륨의 방사성 동위원소들;을 제거하기 위해 정제된다. 제2 구체예에서, NaI 분말은 99.999 % (5N) 순도이다. 제3 구체예에서, NaI 분말은, 전체 질량을 기초로 하여 0.1 중량%까지의 양의 활성제로서의 요오드화 탈륨 (thallium iodide)과 혼합된다. 제4 구체예에서, 탈륨의 양은, 0.005 내지 1 %의 범위에 있다. 제5 구체예에서, 탈륨의 양은 0.005 내지 5 %의 범위에 있다.
본 발명의 방법의 제1 단계에서, 적절한 양들의 바람직한 구성성분들을 포함하는 분말이 준비된다. 이것은 이 분야의 공지된 방법들을 사용하여 구성성분들을 포함하는 분말들의 혼합물을 밀링(milling), 블렌딩, 또는 분쇄함에 의해 간단히 수행될 수 있다. 분말 전체의 혼합 및 분산 모두를 위해 건식 밀링이 또한 사용될 수 있다.
일단 가루로 갈아지면, 프리커서 분말은 체 또는 다른 수단을 사용하여 분리될 수 있고, 그 다음에 분류될 수 있다. 하나의 구체예에서, 입방체 할라이드 분말은, < 1 마이크로미터 (μm)에서 500 μm (US Sieve 35)까지의 범위에 있는 평균 프라이머리(primary) 입자 크기와 함께 3.67 g/cm3의 특유한 밀도를 갖는 NaI 이다. 제2 구체예에서, NaI 분말은 50μm (US Sieve 270) 내지 300μm (US Sieve 50)의 평균 프라이머리 입자 크기를 가진다. 제3 구체예에서, NaI 분말은 75 μm (US Sieve 200) 내지 200μm (US Sieve 70)의 평균 프라이머리 입자 크기를 가진다. 제4 구체예에서, 상이한 평균 입자 크기들의 입자들의 최적 혼합물이 패킹 밀 도(packing density)를 최대화하고, 공극 부피(pore volume), 공극 크기 및 열 처리될 콤팩트(compact)의 분포를 최소화하기 위해 사용된다.
본 발명의 특징은, 신틸레이터 물질을 활성제 농도 및 입자 크기 분포에 있어 알맞게 만들 수 있다는 점이다. 필요하다면, 신틸레이터 몸체는, 활성제의 농도가 신틸레이터의 여하한 치수에 걸쳐, 약 200 % 보다 많지 않게, 바람직하게는 100 % 보다 많지 않게, 그리고 가장 바람직하게는 약 50 % 보다 많지 않게 변화하도록, 그 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 농도의 활성제를 가질 수 있다.
이와 달리, 신틸레이터는 신틸레이터 몸체의 하나 또는 그보다 많은 치수들에 따른 활성제 농도의 제어된 기울기로 제조될 수 있다.
또한, 상이한 위치들에서 상이한 결정 특성들을 가지는 신틸레이터 콤팩트 몸체를 제공하기 위해 상이한 입자 크기 분포들의 혼합물들이 사용될 수 있다. 미리 결정된 상이한 조성물들 (예컨대, 활성제 % 조성물) 및/또는 상이한 입자 크기 분포물들의 분말 혼합물들이, 상이한 위치들에서 아래에 설명되어 있는 그 다음의 소결을 위해 미리 선택된 순서에 따라 다이로 로딩될 수 있다. 신틸레이터 몸체를 그러한 방식으로 알맞게 제조하는 것은 단일 결정 제조에 의해서는 실행될 수 없는 본 발명의 특성이다.
또한, 입방체 할라이드 및 활성제의 혼합물은, 상이한 평균 입자 크기들을 갖는 입방체 할라이드와 활성제의 둘 또는 그보다 많은 블렌드들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이 혼합물은, 상대적으로 큰 제1의 입방체 할라이드 평균 입자 크기를 갖는, 입방체 할라이드와 활성제의 제1 블렌드 약 25 % 내지 약 75 % 그리고 제1 입방체 할라이드 평균 입자 크기의 약 30 %까지의 상대적으로 작은 제2의 입방체 할라이드 평균 입자 크기를 갖는, 입방체 할라이드와 활성제의 제2 블렌드 약 25 % 내지 약 75 %를 포함할 수 있다. 하나의 구체예에서, 상대적으로 더 큰 제1의 입방체 할라이드 평균 입자 크기는 약 200 내지 약 250 마이크로미터의 범위에 있고 그리고 상대적으로 더 작은 제2의 입방체 할라이드 평균 입자 크기는 약 30 미크론(microns) 내지 약 50 미크론의 범위에 있다. 그러한 방식으로 블렌드들을 결합시키는 것의 장점은, 더 작은 입자들이 더 큰 입자들의 틈새 공간들을 채우는 경향이 있으며, 그에 따라 최종적으로 소결된 신틸레이터 몸체에서 비어있는 공간의 존재가능성을 감소시킨다는 점이다.
몇몇 출발 물질들 (특히, NaI)이 흡습성이기 때문에, 하나의 구체예에서 출발 물질들의 혼합은, 공기에의 노출을 피하기 위해 불활성 분위기(inert atmosphere)에서 수행된다. 또 다른 구체예에서, 선택적 첨가제들을 포함하는 분말은 아래에 설명되어 있는 바와 같이 세라믹 신틸레이터 몸체의 제조에 앞서서 먼저 전처리될 수 있다.
선택적 전처리 : 하나의 구체예에서, 분말 혼합물은 수분 및/또는 다른 휘발성 불순물들을 제거하기 위해 가열함으로써 전처리될 수 있다. 전처리는 질소 또는 (헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 또는 크세논의) 불활성 기체(noble gas)와 같은 불활성 분위기하에서, 또는 진공하에서 수행된다. 특히, NaI는 흡습성이며, 그리고 약 100℃ 내지 약 200℃의 온도에서 전처리에 의해 건조되어야 한다. 입방체 할라이드 (예를 들어, 요오드화 나트륨) 및 활성제 (예를 들어, 요오드화 탈륨)의 혼합 및 기계적 블렌딩 및 혼입(incorporation) 또한 또 다른 프로세싱 및 핸들링과 함께 불활성 분위기 또는 진공 하에 행해져야 한다.
단일축 가압 ( Uniaxial Pressing : UP ) : 단일축 가압은 분말들을 고형물 성분들(solid parts)로 고밀도화하기 위해 사용되는 표준 세라믹 제조 기술이며, 여기서, 압력은 흔히 유압(hydraulic press)을 사용하여 한 방향으로 가해진다. 단일축 가압은, 냉간 단일축 가압 (CUP) 또는 온간 단일축 가압 (WUP), 또는 열간 가압 일 수 있다. WUP에서, 압력이 가해지기 전에 그리고 가해지는 동안에 CUP 다이가 가열된다.
하나의 구체예에서, 분말은 밀도를 이론적 밀도의 적어도 93 %의 폐쇄 공극 상태 밀도(closed pore state density)로 증가시키기 위해 가압 매체(pressurizing medium)로 따뜻한 액체 또는 가열된 공기를 사용하여, 약 10,000 및 100,000 psi 사이의 압력으로 밀봉된(sealed) 용기에 넣거나 캡슐로 만들 수 있다. 제2 구체예에서, 압력은 30,000 내지 60,000 psi의 범위에 있다. 제3 구체예에서, 신틸레이터 몸체의 밀도는 이론적 밀도의 적어도 98 % 이다. 만약 분쇄 보조제들 (aids) 또는 압축 보조제들 (왁스들과 같은 윤활제들)이 사용되면, 유기 첨가제들을 모두 제거하기 위해 산화 처리가 소결에 앞서 수행될 수 있다.
WUP 공정의 하나의 구체예에서, 콤팩트(compact)가 진공 또는 습한 수소 분위기(wet hydrogen atmosphere)와 같은 환원 분위기의 노(furnace)에서, 예를 들어, 흑연 또는 텅스텐의 노에서, 40℃ 내지 200℃까지 가열된다. 또 다른 구체예에서, 콤팩트는 소결된 결정의 대규모의 고밀도화 (extensive densification) 및 광 학적 투명성 발현(optical clarity development)을 일으키기에 충분한 양의 시간 동안 15 내지 25,000 psi의 압력에서 450℃ 내지 650℃의 온도로 가열된다. 제3 구체예에서, WUP는 150℃ 내지 300℃의 온도 및 150,000 psi의 압력에서 수행된다.
열간 가압 ( Hot Pressing ) : 이와 다르게, 또는 앞서 기술된 공정 단계들의 여하한 것과 함께, 분말이 상승된 온도에서 외부 압력의 적용에 의해 열간 가압될 수 있다. 열간 가압은 상승된 온도들, 예를 들어, 200℃를 넘는 온도에서 분말 또는 프리폼(예비성형체)에 단일축으로 힘이 가해지는 압축 공정이다. 열간 가압은 열의 부가가 더 작은 힘으로 동일한 압축 레벨이 달성되게 하므로 냉간 단일축 가압에 비해 압력들이 비교적 낮은 것이 일반적이다.
하나의 구체예에서, 바람직한 밀도 및 광학적 투명도를 갖는 소결된 몸체가 얻어질 때까지, 즉, 이론적 밀도의 적어도 93 %의 밀도를 얻기 위해, 분말이 적합한 다이, 예를 들어, 흑연 다이에 놓이고, 충분한 체류 시간동안 10 내지 45,000 psi의 압력과 100 내지 600℃의 온도에서 유도 열(induction heat)에 의해 가열되는 동안에, 단일축 압력이 다이에 가해진다. 하나의 구체예에서, 소결된 몸체는 또 다른 공정 단계, 예컨대, 이론적 밀도의 적어도 99.90 %의 밀도를 위한 HIP 공정에 의해 더 처리된다. 하나의 구체예에서, 분말 콤팩트는 30 내지 45,000 psi에서 그리고 300 내지 500℃에서 1/2 내지 6 시간동안 열간 가압된다.
하나의 구체예에서, 분말은 100℃로부터 입방체 할라이드의 융점의 90 % 까지의 범위에 있는 온도에서 그리고 이론적 밀도의 적어도 95 %의 폐쇄 공극 상태까지 진공 열간 가압될 수 있다. 하나의 구체예에서, 분말은 캡슐로 만들거나 밀봉된 용기에 넣어 약 20 마이크로미터의 진공 및 1200 psi의 압력하에 약 1 시간동안 100℃ - 600℃의 범위에 있는 온도의 질화 붕소 코팅된 흑연 다이에서 열간 가압한다. 온도 및 압력은 그 다음에 100 마이크로미터보다 적은 진공하에, 약 5,000 내지 25,000 psi에서 500℃ 내지 600℃로 (또는 신틸레이터 물질의 융점의 내지 약 90 % 까지) 상승될 수 있다. 이러한 조건들은 약 1 내지 4 시간동안 유지되며, 그 다음에 압력이 해제되고, 결과로 얻은 신틸레이터 몸체로(scintillator body furnace)가 냉각된다.
등가압 ( Isostatic Pressing : IP ) : 등가압은 프리폼(pre-form)를 압력 용기에 들어 있는 액체내의 유연성 피복제(flexible sheathing)에 잠기게 하는 공정이다. 액체에 가해지는 압력이 증가되고, 그에 따라 모든 방향으로부터 동시에 생성품에 가해지는 압력이 증가된다. 압력이 모든 파트들 표면에 인가되어, 복잡한 형상들을 만들며 그리고 파트내의 압력 기울기들을 감소시킨다. 이 단계에서, 분말 콤팩트들 또는 분말은 캡슐로 만들거나 밀봉된 용기에 넣어 밀도를 이론적 밀도의 > 93 %로 증가시키기 위해 약 50,000 및 100,000 psi 사이에서 등가압할 수 있다. 이 공정은 냉간, 온간 또는 열간 등가압 (CIP, WIP, 또는 HIP)의 어느 하나일 수 있다.
WIP 공정의 하나의 구체예에서, 분말은 캡슐로 만들거나 밀봉된 용기에 넣어, 폐쇄 공극 상태 밀도에 상응하는 값(예를 들어, 이론적 밀도의 적어도 93%)까지 밀도를 증가시키기 위해 가압 매체로서 따뜻한 액체 또는 가열된 공기를 사용하여, 약 10,000 및 100,000 psi 사이에서 등가압할 수 있다. 제2 구체예에서, 압력 은 30,000 내지 60,000 psi의 범위에 있다. 제3 구체예에서, 밀도는 이론적 밀도의 적어도 98 % 이다. 만약 분쇄 보조제들 또는 압축 보조제들 (왁스들과 같은 윤활제들)이 사용되면, 유기 첨가제들을 모두 제거하기 위한 산화 처리가 소결에 앞서 수행될 수 있다.
WIP 공정에 사용하기에 적합한 용기들은 실리콘 러버들, 금속 및 그 동등물로 만들어진 유연성있는 밀폐용기를 포함한다. 하나의 구체예에서, 콤팩트들은 노(furnace)에서, 예를 들어, 흑연 또는 텅스텐의 노에서 진공 또는 습한 수소 분위기와 같은 환원 분위기에서 소결된 결정의 대규모의 고밀도화 및 광학적 투명성 발현을 일으키기에 충분한 양의 시간 동안 40℃ 내지 200℃의 온도로 가열될 수 있다. 하나의 구체예에서, 압축 매체(pressure medium)은, 핫 오일 또는 오일/물 혼합물과 같은 따뜻한 유체를 러버 백(rubber bag)에 포함되어 있는 신틸레이터 샘플과 함께 포함하여 구성된다. 제2 구체예에서, 드라이 백 아이소프레스(dry bag isopress)가 신틸레이터 샘플을 포함하기 위해 사용되고, 뜨거워진 공기가 압축 매체로서 사용된다. 하나의 구체예에서, 온간 등가압(warm isostatic pressing)은 1 시간 내지 약 30 시간의 기간동안이다. 제2 구체예에서, 온간 등가압은 15 시간의 기간동안 45,000 psi의 압력에서 그리고 100℃의 노 온도에서 수행된다.
하나의 구체예에서, WIP 후에, 소결된 몸체는 추가 공정 단계, 예를 들어, 이론적 밀도의 적어도 99.90 %의 밀도를 위한 HIP 공정을 통해 더 처리된다.
하나의 구체예에서, 열간 등가압(hot isostatic pressure)은 바람직한 광학적 투명도 및 이론적 밀도의 > 99 %의 밀도를 얻기에 충분한 체류 시간동안 300℃ 와 600℃ 사이의 온도에서이다.
광학적 후처리 : 이 단계에서, 소결된 다결정질의 신틸레이터 몸체는 바람직한 광학적 투명도를 가지며, 그리고 신틸레이터 몸체를 어닐링하고 그에 따라 가압 단계 동안에 형성된 내부의 기계적 응력들을 약화시키기 위해 압축 또는 소결 체류 시간의 약 25 % 내지 약 50 % 동안에 압축 또는 소결 온도의 (섭씨 온도로) 약 60 % 내지 약 80 %의 온도로 가열된다. 신틸레이터 몸체는 그 다음에 약 2 내지 약 6 시간의 범위에 있는 기간에 걸쳐 대기 온도로 냉각되게 된다.
요오드화 나트륨 신틸레이터 몸체들은 대기의 습기 때문에 짧은 시간동안 보통의 공기에 노출된 후에 불투명하게 될 수 있다. 하나의 예방책으로서 소결된 몸체는 수분이 요오드화 나트륨 표면에 도달하는 것을 방지하기 위해 파라핀 오일의 박막으로 코팅될 수 있다. 모든 경우에 있어서, 소결된 몸체는 대기에 노출될 때 물 흡수로 인한 열화를 방지하기 위해 밀폐된 환경에 저장되어야 한다.
소결된 입방체 할라이드 신틸레이터 몸체의 특성들 : 최종 소결된 입방체 신틸레이터 몸체는 이론적 밀도의 적어도 99.9 %의 밀도를 갖는 정형 블랭크(near net shape blank)이다. 본 발명의 하나의 구체예에서, 소결된 NaI 신틸레이터 몸체는 정형 블랭크 (4x4x16)이다. 하나의 구체예에서, 신틸레이터 몸체는 3.67 g/cm3의 밀도, nm로 415의 최대 방출(maximum emission), 0.23 ms의 붕괴 상수(decay constant), 1.85의 굴절률, 및 100의 변환 효율(conversion efficiency)을 가진다.
본 발명의 소결된 NaI 신틸레이터 몸체는, 선행 기술의 NaI 신틸레이터 단일 결정 신틸레이터들과 비교해서 활성제 편석(segregation)이 없으며 그리고 실질적으로 더 우수한 물리적 동질성(physical homogeneity)을 가진다.
신틸레이터 물질들은 방사선 광자들에 의해 적립된(deposited) 에너지를 나중에 광 센서들에 의해 검출되는 빛의 광자들(light photons)로 변환시킨다. 에너지 측정을 할 수 있는 검출기들에 있어서, 광 센서들로부터의 신호가 증폭되고 형상화되어(shaped), 각 방사선 상호작용 이벤트(event)가 신틸레이터내의 상호작용에 의해 쌓인(deposited) 에너지에 비례하는 진폭 ["펄스 높이(pulse height)", 또는 "PH"]을 갖는 전압 펄스로 기록된다. 펄스 높이와 입사 감마선 에너지 사이의 상호관련성(correspondence)이 에너지 보정(calibration) 과정에 의해 각 검출기에 대해 측정된다. 다수의 검출 이벤트들의 펄스 진폭의 통계학적 스프레드(spread)는, 검출기 펄스 높이 레졸루션 (PHR)에 의해 측정되고 그리고 상이한 에너지들의 감마 광자들을 식별하기 위한 능력(capability)을 결정한다. PHR은 입사 방사선 광자의 에너지 뿐만 아니라 검출기 시스템 (신틸레이터 + 광 센서 + 전자장치)의 특성 항목들에 좌우된다. 감마 방사선 검출기들에 대해 광범위하게 채택된 종래기술은, (137Cs/137Ba 붕괴로부터) 662 keV 광자들에 의한 여기(excitation)에 대한 PHR을 전체 흡수 피크의 반치폭(Full Width at Half Maximum: FWHM)과 감마선 에너지의 비율로서 측정하고 보고하는 것이다. 본 발명의 소결된 NaI 신틸레이터는, 약 7 % 내지 약 20 %, 바람직하게는 약 7 % 내지 약 12 % 그리고 더 바람직하게는 약 7 % 내지 약 10 %의 펄스 높이 레졸루션 (PHR)을 가진다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 소결된 요오드화 나트륨 신틸레이터 몸체는 100 keV 내지 3 MeV의 에너지 범위에 걸쳐 작용한다.
소결된 신틸레이터 몸체의 마감처리 및 연마 : 본 발명의 방법은 랩핑(lapping) 단계, 기계적 연마 단계, 및 표면 품질의 한층 더한 향상을 위한 화학적 에칭 또는 열 어닐링(thermal annealing)에 의해 소결된 몸체의 내부 응력을 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
소결된 몸체는, 연마에 앞서, 먼저 블랭크들 또는 플레이트들로 분할된다(sliced). 랩핑 작업들에서, 그리고 최상의 랩핑 결과를 위해, 공정 시간, 표면 마감처리, 및 제조비용과 같은 많은 요인들이 고려되어야 하고 연마제(abrasive material), 입자 크기, 랩핑 레이트(lapping rate) 및 웨이퍼 압력의 많은 조합들이 사용될 수 있다. 소결된 몸체 크래킹(cracking)의 가능성을 감소시키기 위해 5 psi 아래, 바람직하게는 2 psi의 압력이 사용된다. 다이아몬드, 탄화 규소, 탄화 붕소, 알루미나와 같은 여러가지 종류의 연마제들 중에서, 다이아몬드 슬러리가 그것의 높은 물질 제거 레이트(rate) 및 우수한 표면 마감처리 생산성으로 인해 바람직하다.
하나의 구체예에서, 소결된 몸체는 랩핑 후에 매끄러운 표면 형태를 얻기 위해 기계적으로 연마될 수 있다. 기계적 연마 공정 동안에, 소결된 몸체는 연마 입자들을 갖는 연마 패드에 눌려진다. 연마 공정은, 크기가 동일한 다이아몬드 슬러리를 사용하더라도, 랩핑보다 더 우수한 표면 마감처리를 가져오는 것이 일반적이다. 연마는 단일 단계 또는 복합 단계들의 어느 하나에 의해 달성될 수 있으며, 이어서 일어나는 각 연마 단계는 점진적으로 더 작은 입자 크기들의 연마제들을 사용 한다.
소결된 신틸레이터 몸체는, 기계적 연마 후에, 이 분야에 공지된 기술들을 사용하여 세척되고 건조될 수 있다. 최종 연마된 웨이퍼에 남아있는 표면 및 표면아래 손상을 제거하기 위해 마일드 에칭(mild etching)이 또한 사용될 수 있다. 마일드 에칭을 위한 조건은, 손상되지 않은 표면을 에칭하지 않거나 제한된 정도로 에칭하여, 최종 연마로부터 표면상에 일부 남아있는 표면 손상을 제거하기 위해 선택된다.
소결된 입방체 할라이드, 예를 들어, 본 발명의 NaI 신틸레이터 몸체는, 선행 기술의 NaI 신틸레이터 결정들을 일반적으로 사용하는 용도들에 사용될 수 있다. 본 발명의 방법의 유연성은, 선행 기술의 신틸레이터 물질들을 능가하는 개선된 크기들 및 형상들을 필요로 하는 용도들에 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 사용을 가능하게 한다.
하나의 구체예에서, 불필요한 장비가 제거된(stripped down) 방사선 검출기가 본 발명의 소결된 NaI 신틸레이터를 사용하여 조립되는데, 밀봉된 용기내에 코팅된 신틸레이터 몸체가 있으며, 광 파이프에 의해 광전자 증폭기가 결합되어 있다. 방사선 검출기는 최종 사용 용도들에 따라 다수의 툴들(tools) 및 장치들에 결합될 수 있다. 본 발명의 소결된 NaI 신틸레이터 몸체의 최종 사용 용도들의 예들은, 방사선면역분석방법(radioimmunoassay)을 위한 NaI(Tl) 검출기들, 골 질량 측정들을 위한 NaI(Tl) 검출기들, SPECT 검출기들의 크기들 및 형상들의 개선을 가능하게 하는, 핵 의학에 사용하기 위한 신틸레이션 카메라 (Anger camera plates)와 같은 의료 기구들; 방사성 물질들의 비합법적인 수송을 검출하기 위해 선적항들, 지하철 역들, 국경지대 체크-포인트들(border check-points)에서 사용하기 위한 포털(portal) 검출기들; 철도 역들, 공항들, 대사관들, 법원과 같은 공공 빌딩들, 운동 경기들과 같은 공중 집회에서 휴대용 소형 방사선 검출기들; 신틸레이터 몸체가 레이저발생 매체(lasing medium)로서 사용되는 가변 반-스토크스 라만 레이저(tunable anti-Stokes Raman laser); 폐기물 처리장들 및 매립지들에서 방사성 폐기물의 스크리닝/보고를 위한 신틸레이션 계량기들(meters); 심부 유정 시추 용도들에서의 NaI(Tl) 신틸레이터들; 그리고 수렵 동물육(game meat)을 포함하는, 식품, 음료들의 오염을 측정하기 위한 감마 카운터(gamma counter)를 포함한다.
이제 도 1을 참조하면, 방사선 검출기의 하우징(12)에 넣어져 있는 본 발명의 신틸레이션 물질(10)을 포함하여 구성되는 신틸레이터 몸체(10)를 포함하는, 방사선 검출기(1)가 도시되어 있다. 신틸레이터 몸체(10)의 하나의 면(14)은 광전자 증폭관(16)과 같은 광검출기의 하나의 표면과 광학적으로 접촉하게 놓인다. 이와 달리, 신틸레이션 물질에 의해 발생된 광 펄스들이 광 가이드들(light guides) 또는 광 섬유들, 렌즈들, 및/또는 거울들 또는 그 동등물에 의해 광전자 증폭기에 결합될 수 있다. 광전자 증폭관(16)은, 포토다이오드, 마이크로채널 플레이트(microchannel plate), 및 그 동등물과 같은 적절한 광검출기로 대체될 수 있다. 가능한 한 많은 각각의 광 플래시를 광검출기(16)로 보내기 위해, 바람직하게는 신틸레이터 몸체(10)의 다른 면들(18)이, 예를 들어, 알루미늄 호일과 같은 반사 물질에 의해, 또는 산화마그네슘 또는 이산화티타늄의 코팅에 의해 둘러싸이거나 커 버될 수 있다. 신틸레이터 몸체(10)는, 동작 중에, 방사선 이온화에 의해 충돌될 때 빛의 플래시를 만들어낸다. 플래시는 광검출기에 의해, 그 다음에 또 다른 신호 프로세싱을 위해 증폭기로 보내지는 하나의 전기적 신호로 변환된다.
본 발명을 다음의 비-제한적인 실시예들에 의해 더 상세히 설명하기로 한다:
실시예 1 - 실시예 5
이들 실시예들에서, Sigma Aldrich 회사로부터 구입한 99.999 % 순도의 요오드화 나트륨 분말 20 그램의 샘플들을 수분 및 여하한 휘발성 불순물들을 제거하기 위해 분말을 건조시켜 전처리하고, 아래에 설명되어 있는 과정 내내 건조 분위기(dry atmosphere) 하에 두었다. 샘플들의 입자 크기 분포들이 하기 표 1에 나타나 있다. 샘플들은 탈륨을 포함하지 않았다. 샘플들을 다이에 로딩하고(loaded), 진공 고온 프레스(vacuum hot press)에서 열간 가압하고 그리고 아래의 프로토콜에 따른 압력 하에 소결시켰다. 처음에는 대기 온도에서 샘플들을 6.6℃/분의 가열 온도 변화율로 300℃의 제1 프로세싱 온도까지 가열하고, 표 1에 나타나 있는 제1 체류 시간 동안 제1 온도로 유지하였다. 그 다음에 샘플들을 240℃의 제2 온도까지 4℃/분의 냉각 온도변화율로 냉각시키고, 15분의 제2 체류 시간동안 제2 온도로 유지하였다. 마지막으로, 샘플들을 6.6℃/분의 냉각 온도변화율로 대기 온도까지 냉각시켰다. 초기 가열의 마지막 15분 동안 표 1에 나타나 있는 소결 압력까지 압력을 인가하고, 제1 온도 및 체류 시간 조건들 동안 유지한 다음, 압력을 대기압으로 감소시켰다. 그 결과로 얻은 신틸레이터 몸체들을 광학 투명도 및 색상에 대해 시각적으로 평가하였으며, 그 결과들이 하기 표 1에 나타나 있다. 실시예 1 - 실시예 5의 결과로 얻은 신틸레이터 몸체들의 사진들이, 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 도 2 내지 도 6에 각각 제공되어 있다.
실시예 (도면) 입자 크기 분포 압력 (psi) 체류 시간 (분) 온도 광학적 투명도 색상
1 (도 2) -140/+170 체 45,000 30 300℃ 투명 황색
2 (도 3) -60/+100 체 45,000 60 300℃ 반투명 순백색
3 (도 4) -60/+100 체 45,000 22 300℃ 투명 순백색
4 (도 5) -50/+60 체 50,000 15 300℃ 불투명 순백색
5 (도 6) -60/+70 체 50,000 15 300℃ 투명 순백색
실시예 6
이 실시예에서, 0.2 % 요오드화 탈륨을 포함하고 약 10 마이크로미터 내지 약 592 마이크로미터의 입자 크기를 갖는 요오드화 나트륨 20 그램을 5 분동안 대기 온도와 110,000 psi에서 냉간 가압하였다. 그 결과로 얻은 신틸레이터 몸체가 도 7에 나타나 있으며, 반투명한 황색이었다.
이들 실시예들은, -60+70 체들(Sieves) 사이에 수집된 입자들과 실시예 1에 설명되어 있는 프로세싱 조건들을 사용한 소결된 견본들에 있어서, 이 샘플들이 순수한 요오드화 나트륨의 투명하고 순백색인 외관 특성 대신에 투명한 황색이었음을 나타낸다.
실시예 2와 3(즉, 유사한 입자 크기 분포, 압력 및 체류 온도)을 비교하면, 60분으로부터(여기서, 샘플들은 반투명한 순백색임) 22분(여기서, 샘플들은 투명한 순백색임)까지 체류 시간을 감소시킴으로서 광학적 투명도에 큰 개선이 있었음을 알 수 있다.
동일한 프로세싱 조건들하에 그러나 상이한 입자 크기 분포들로 합성된 실시예 4와 실시예 5를 비교하면, 소결된 견본들에 있어서 -60/+60 체 범위내에서 수집된 분말들은 불투명하였으나, -60/+70 체 범위내에서 수집된 분말들은 불투명하였다.
이 데이터는 바람직한 투명한 순백색의 신틸레이터 몸체들을 얻기 위해서는 프로세싱 조건들(입자 크기 분포, 체류 온도, 체류 시간, 및 인가된 압력)의 적절한 조합을 사용하는 것이 필요함을 나타낸다.
상기 상세한 설명에는 많은 세부사항들이 포함되어 있지만, 이러한 세부사항들이 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니되며 바람직한 구체예들의 예시들로서만 해석되어야 한다. 이 분야의 통상적 지식을 가진 자들은 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위와 정신 안에서 많은 다른 구체예들을 예상할 것이다.
본 명세서에 언급된 모든 인용문헌들은 명백히 본 명세서의 참고문헌을 이룬다.

Claims (24)

  1. 약 7 % 내지 약 20 %의 662 keV에서의 펄스 높이 레졸루션(pulse height resolution)을 갖는 다결정질의 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터를 제공하는데 유효한 압력, 온도, 체류 시간(residence time) 및 입자 크기의 프로세싱 조건들하에 입방체 할라이드와 적어도 하나의 활성제(activator)의 분말 혼합물을 가압하는 단계를 포함하여 구성되며, 여기서, 프로세싱 온도가 대략 대기 온도로부터 섭씨 온도로 상기 입방체 할라이드의 융점의 약 90 %까지의 온도의 범위에 있고, 압력이 약 30,000 psi 내지 약 200,000 psi이며, 가압 체류 시간이 약 5 분 내지 약 120 분이고 그리고 입방체 할라이드 평균 입자 크기가 약 60 마이크로미터 내지 약 2000 마이크로미터인, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입방체 할라이드가 나트륨, 칼륨, 세슘 및 루비듐의 할라이드들로부터 선택되는 이성분(binary) 입방체 할라이드인, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 입방체 할라이드가 요오드화 나트륨인, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 활성제가 탈륨, 세슘 및 나트륨의 할라이드들로부터 선택되는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 활성제가 요오드화 탈륨인, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 활성제 농도가 약 0.005 중량% 내지 5.0 중량%의 범위에 있는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 프로세싱 온도가 약 20℃ 내지 약 30℃의 범위에 있고, 상기 압력이 약 100,000 psi 내지 약 200,000 psi의 범위에 있으며, 상기 체류 시간이 약 5 분 내지 약 10 분의 범위에 있고 그리고 상기 평균 입자 크기가 약 60 마이크로미터 내지 약 90 마이크로미터의 범위에 있는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 온도가 약 90℃ 내지 약 150℃의 범위에 있고, 상기 압력이 약 100,000 psi 내지 약 150,000 psi의 범위에 있으며, 상기 체류 시간이 약 5 분 내지 약 10 분의 범위에 있고 그리고 상기 평균 입자 크기가 약 90 마이크로미터 내지 약 120 마이크로미터의 범위에 있는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 온도가 약 250℃ 내지 약 450℃의 범위에 있고, 상기 압력이 약 30,000 psi 내지 약 60,000 psi의 범위에 있으며, 상기 체류 시간이 약 50 분 내지 약 60 분의 범위에 있고 그리고 상기 평균 입자 크기가 약 200 마이크로미터 내지 약 275 마이크로미터의 범위에 있는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가압이 냉간, 온간 또는 열간 일축 가압(cold, warm or hot uniaxial pressing)에 의해 수행되는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 일축 가압이 열간 가압(hot pressing)인, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 가압이 냉간, 온간 또는 열간 등가압(cold, warm or hot isostatic pressing)에 의해 수행되는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 활성제가 혼합물 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포되는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 활성제가, 혼합물 전체에 걸쳐 제어된 기울기에 따라 변화하는 농도 %를 가지는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 혼합물이, 각기 제1 및 제2의 상이한 활성제 농도들을 가지며 그리고/또는 제1 및 제2의 상이한 입자 크기 범위 분포들을 가지는, 적어도 제1 및 제2의 블렌드들을 포함하여 구성되고, 상기 제1 및 제2의 블렌드들이 신틸레이터의 치수에 따라 활성제 농도 및/또는 결정 크기의 제어된 기울기를 갖는 신틸레이터 몸체를 제공하기 위하여 그 이후의 소결을 위해 미리 선택된 순서에 따라 압축 다이(compression die)로 로딩되는(loaded), 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 혼합물이, 상대적으로 큰 제1 입방체 할라이드 평균 입자 크기를 갖는, 입방체 할라이드와 활성제의 제1 블렌드 25 % 내지 약 75 % 그리고 제1 입방체 할라이드 평균 입자 크기의 약 30 %까지의 상대적으로 작은 제2 입방체 할라이드 평균 입자 크기를 갖는, 입방체 할라이드와 활성제의 제2 블렌드 약 25 % 내지 약 75 %를 포함할 수 있는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 상대적으로 큰 제1 입방체 할라이드 평균 입자 크기가 약 200 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터의 범위에 있으며, 그리고 상대 적으로 작은 제2 입방체 할라이드 평균 입자 크기가 약 30 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터의 범위에 있는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서, 수분 및/또는 다른 휘발성 불순물들을 제거하기 위해 가압에 앞서 혼합물을 전처리하는 단계를 더 포함하는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전처리 단계가 불활성 분위기(inert atmosphere) 또는 진공하에 혼합물을 전처리함으로써 수행되는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  20. 제1항에 있어서, 신틸레이터의 내부의 기계적 응력들을 감소시키기에 충분한 온도에서 다결정질의 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터를 어닐링(annealing)하는 단계를 더 포함하여 구성되는, 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터의 제조 방법.
  21. 제1항의 방법에 의해 제조된 신틸레이터.
  22. 제21항에 있어서, 7 % 내지 약 20 %의 펄스 높이 레졸루션을 갖는, 신틸레이터.
  23. 제1항의 방법에 의해 제조되고 하나의 광검출기에 광학적으로 결합된 신틸레이터를 포함하여 구성되는, 방사선 검출기.
  24. 제23항에 있어서, 상기 신틸레이터가 요오드화 나트륨을 포함하여 구성되고, 상기 활성제가 요오드화 탈륨을 포함하여 구성되는, 방사선 검출기.
KR1020087018810A 2006-01-30 2007-01-29 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터 물질 및 그 제조방법 KR20080096529A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US76324906P 2006-01-30 2006-01-30
US60/763,249 2006-01-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080096529A true KR20080096529A (ko) 2008-10-30

Family

ID=38198285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087018810A KR20080096529A (ko) 2006-01-30 2007-01-29 소결된 입방체 할라이드 신틸레이터 물질 및 그 제조방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7879284B2 (ko)
EP (1) EP1981828A1 (ko)
JP (1) JP2009525359A (ko)
KR (1) KR20080096529A (ko)
CN (1) CN101410346B (ko)
WO (1) WO2007089746A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190015204A (ko) * 2016-04-06 2019-02-13 엠 큐브드 테크놀로지스 다이아몬드 복합 cmp 패드 조절기

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4920994B2 (ja) * 2006-03-02 2012-04-18 キヤノン株式会社 シンチレータパネル、放射線検出装置及び放射線検出システム
JP5281754B2 (ja) * 2007-03-13 2013-09-04 日宝化学株式会社 ヨウ化アルカリ金属塩溶液の製造方法
SG172388A1 (en) * 2008-12-29 2011-07-28 Saint Gobain Ceramics Rare-earth materials, scintillator crystals, and ruggedized scintillator devices incorporating such crystals
WO2010078220A2 (en) * 2008-12-30 2010-07-08 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Scintillation device and method of producing a ceramic scintillator body
US8084742B1 (en) * 2010-03-10 2011-12-27 Radiation Monitoring Devices, Inc. Positron emission tomography with phoswich detector, systems and methods
US8779365B2 (en) 2010-04-19 2014-07-15 Wake Forest University Scintillators and applications thereof
JP6133791B2 (ja) * 2011-02-24 2017-05-24 日東電工株式会社 蛍光体成分を有する発光複合材
JP5121960B2 (ja) * 2011-03-30 2013-01-16 キヤノン株式会社 相分離構造を有するシンチレータ結晶体
JP5971866B2 (ja) * 2011-03-31 2016-08-17 国立大学法人北海道大学 シンチレータプレート、放射線計測装置、放射線イメージング装置およびシンチレータプレート製造方法
US9057790B2 (en) 2011-09-30 2015-06-16 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Scintillation detection device with pressure sensitive adhesive interfaces
US9164181B2 (en) 2011-12-30 2015-10-20 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Scintillation crystals having features on a side, radiation detection apparatuses including such scintillation crystals, and processes of forming the same
GB2504469A (en) * 2012-07-27 2014-02-05 Symetrica Ltd Gamma Ray Spectrometry Stabilization
US20160138383A1 (en) * 2013-06-24 2016-05-19 Schlumberger Technology Corporation Method For Forming Lanthanide Scintillators
KR101788999B1 (ko) * 2013-11-15 2017-10-20 도시바 덴시칸 디바이스 가부시키가이샤 방사선 검출기, 신틸레이터 패널, 및 그것들의 제조방법
DE102014212424A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Szintillatoren mit organischer Photodetektions-Schale
US10207956B2 (en) 2016-06-28 2019-02-19 Battelle Energy Alliance, Llc Methods of forming silicon carbide by spark plasma sintering
CN111433632A (zh) 2017-10-24 2020-07-17 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 在壳体内具有分析仪的辐射探测装置
WO2019198125A1 (ja) * 2018-04-09 2019-10-17 公立大学法人大阪府立大学 電磁放射線検出装置及び方法
EP3567016B1 (en) * 2018-05-11 2023-09-20 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for preparing ceramic molded body for sintering and method for producing ceramic sintered body
US11492294B2 (en) * 2018-05-11 2022-11-08 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for preparing ceramic molded body for sintering and method for producing ceramic sintered body
WO2020113167A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-04 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Radiation detection apparatus having a reflector

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB792071A (en) 1955-02-24 1958-03-19 Armour Res Found Improvements in or relating to scintillation material and methods of making same
US3131238A (en) * 1959-10-29 1964-04-28 Eastman Kodak Co Process for molding zinc sulfide
US3359066A (en) * 1961-07-27 1967-12-19 Eastman Kodak Co Calcium fluoride optical elements and method for making same
US3960756A (en) 1972-05-30 1976-06-01 Bicron Corporation High efficiency scintillation detectors
JPS548927A (en) 1977-06-23 1979-01-23 Seiko Epson Corp Magnet circuit of paper tape reader
US4242221A (en) * 1977-11-21 1980-12-30 General Electric Company Ceramic-like scintillators
US4374749A (en) * 1980-07-15 1983-02-22 General Electric Company Index-matched phosphor scintillator structures
US4522865A (en) * 1981-07-06 1985-06-11 Harshaw/Filtrol Partnership Hot press-forging of an optical body with dynamic constraint by crystal powder
US4525628A (en) * 1982-06-18 1985-06-25 General Electric Company Rare earth ceramic scintillator
US5134293A (en) 1988-07-12 1992-07-28 Universities Research Association, Inc. Scintillator material
US5025151A (en) 1988-10-06 1991-06-18 Schlumberger Technology Corporation Lutetium orthosilicate single crystal scintillator detector
US5116560A (en) * 1991-03-22 1992-05-26 General Electric Company Method of forming rare earth oxide ceramic scintillator with ammonium dispersion of oxalate precipitates
US5178719A (en) 1991-08-20 1993-01-12 Horiba Instruments, Inc. Continuous refill crystal growth method
US5622659A (en) * 1995-01-03 1997-04-22 Victoreen, Inc. Method of preparing doped lithium fluoride thermoluminescent radiation detector
US5900060A (en) 1996-07-03 1999-05-04 Cermet, Inc. Pressurized skull crucible apparatus for crystal growth and related system and methods
US6077775A (en) 1998-08-20 2000-06-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Process for making a semiconductor device with barrier film formation using a metal halide and products thereof
US6563121B1 (en) 1999-03-12 2003-05-13 Saint Gobain Industrial Ceramics, Inc. Thick scintillation plate with internal light collimation
JP4015796B2 (ja) * 1999-03-31 2007-11-28 Ｓｐｓシンテックス株式会社 自動パルス通電加圧焼結方法及びそのシステム
US6391434B1 (en) * 1999-05-06 2002-05-21 General Electric Company Composite scintillator material and method of manufacture
US6323489B1 (en) 1999-06-04 2001-11-27 Regents Of The University Of California Single crystal scinitillator
US6224666B1 (en) 1999-06-15 2001-05-01 Siemens Medical Systems, Inc. Forging cylindrical alkali halide ingots into rectangular plates
DE10108553C2 (de) * 2001-02-22 2003-06-05 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer Szintillatorkeramik und Verwendung der Szintillatorkeramik
AU2002338368A1 (en) 2001-04-03 2002-10-21 Saint Gobain Ceramics And Plastics, Inc. Method and system for determining the energy and position information from scintillation detector
US6706212B2 (en) 2002-04-12 2004-03-16 General Electric Company Cerium-doped alkaline-earth hafnium oxide scintillators having improved transparency and method of making the same
JP2005075916A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Institute Of Physical & Chemical Research 中性子シンチレータおよびその製造方法
US7084403B2 (en) 2003-10-17 2006-08-01 General Electric Company Scintillator compositions, and related processes and articles of manufacture
WO2005114256A1 (ja) * 2004-05-24 2005-12-01 Fukuda X'tal Laboratory 超高速シンチレータとしてのＺｎＯ単結晶およびその製造方法
US7141794B2 (en) 2004-06-28 2006-11-28 General Electric Company Scintillator compositions, related processes, and articles of manufacture
JP4061367B2 (ja) * 2005-03-18 2008-03-19 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレーション検出器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190015204A (ko) * 2016-04-06 2019-02-13 엠 큐브드 테크놀로지스 다이아몬드 복합 cmp 패드 조절기

Also Published As

Publication number Publication date
US20070237668A1 (en) 2007-10-11
CN101410346A (zh) 2009-04-15
WO2007089746A1 (en) 2007-08-09
EP1981828A1 (en) 2008-10-22
CN101410346B (zh) 2013-02-13
US7879284B2 (en) 2011-02-01
JP2009525359A (ja) 2009-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7879284B2 (en) Method for making sintered cubic halide scintillator material
Dujardin et al. Needs, trends, and advances in inorganic scintillators
JP6644010B2 (ja) 向上した耐放射線性を有する多重ドープルテチウム系オキシオルトシリケートシンチレータ
Greskovich et al. Ceramic scintillators
US4242221A (en) Ceramic-like scintillators
Milbrath et al. Radiation detector materials: An overview
JP5111371B2 (ja) 希土類酸硫化物シンチレータおよびそれを製造するための方法
EP2671940B1 (en) Garnet type crystal for scintillator and radiation detector using same
JP6971327B2 (ja) 一価イオンが共ドープされたガーネットシンチレータ
US6967330B1 (en) High-density polycrystalline lutetium silicate materials activated with Ce
Akatsuka et al. Scintillation Properties of (Lu, Y) AlO 3 Doped with Nd.
Chen et al. Processing of transparent polycrystalline AlON: Ce3+ scintillators
US20100230601A1 (en) Composition, article, and method
US7700003B2 (en) Composition, article, and method
Kawaguchi et al. Scintillation and dosimetric properties of monocrystalline and polycrystalline Li2B4O7
Kantuptim et al. Scintillation properties of Pr-doped Lu2Si2O7 single crystal
Ichiba et al. Radiation-induced luminescence properties of Ce–doped Mg 2 SiO 4 single crystals
Rutstrom et al. Improved light yield and growth of large-volume ultrafast single crystal scintillators Cs2ZnCl4 and Cs3ZnCl5
Fukabori et al. Correlation between crystal grain sizes of transparent ceramics and scintillation light yields
JP5575123B2 (ja) シンチレーター
Yoshikawa et al. Scintillation property of undoped NaI transparent ceramics
US20090146065A1 (en) Scintillator materials based on lanthanide silicates or lanthanide phosphates, and related methods and articles
WO2017119329A1 (ja) 酸化マグネシウムを用いた線量計および放射線量計測方法
Zahra et al. Effect of Ce3+ Content and Annealing Temperature on the Optical and Scintillation Properties of Ce3+‐Doped Y3Al5O12 Nanoscintillator Synthesized by Sol–Gel Route
RU2795600C2 (ru) Гранатовый сцинтиллятор, солегированный одновалентным ионом

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application