KR20220157552A - 금속 할라이드 신틸레이터 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
금속 할라이드 신틸레이터 및 이의 제조방법을 제공한다. 상기 신틸레이터는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 단사정계 (monoclinic) 결정구조를 가지며, C2/c의 공간군(space group)을 갖는다. [화학식 1] A3TbX6 상기 화학식 1에서, A는 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 적어도 하나의 원소이고, X는 F, Cl, Br, 및 I 중 적어도 하나의 원소이다.
Description
본 발명은 방사선 검출소재에 관한 것으로 자세하게는 신틸레이터에 관한 것이다.
현재 X-선/감마선 등 방사선 검출 센서에 적용하기 위하여 실리콘, 화합물반도체, 신틸레이터 등 다양한 소재들을 이용하여 활발하게 연구가 진행되고 있다.
방사선 검출 방식은 방사선 직접 검출 방식과 간접 검출 방식이 있다. 직접 검출 방식에는 반도체 소재가 주로 사용되며, 방사선 에너지를 전기적 전하로 직접 변화시켜 방사선 정보를 수집한다. 방사선 간접 검출 방식에는 신틸레이터가 사용된다. 신틸레이터(scintillator)는 방사선에 의해 섬광을 발하는 물질이다. 즉, 가시광선영역 밖의 사람의 눈으로는 볼 수 없는, 에너지가 높은 방사선을 가시광선으로 바꾸어 주는 역할을 할 수 있는 물질을 말한다. 방사선이 신틸레이터와 반응하면 신틸레이터는 방사선의 에너지만큼의 빛을 방출하게 되며, 생성된 섬광을 광센서를 이용해서 전기적 신호로 저장하는 데에 사용된다. 신틸레이터의 형태 및 조성 성분에 따라 고체, 액체, 기체 또는 유기물, 무기물 섬광검출기로 구분할 수 있으며 신틸레이터의 유효원자번호가 높을수록 X-선과 감마선 검출 효율이 높아 무기 신틸레이터가 X-선/감마선 검출기로 주로 사용된다.
상용화된 X-선 검출기에 사용되는 대표적인 신틸레이터 물질은 CsI:Tl 및 Gd2O2S:Tb 이다. CsI:Tl 물질은 엑스선에 대한 광발생이 높고 도핑된 Tl 성분에 의해 방출되는 가시광선의 실리콘 다이오드에서 검출이 가장 용이한 파장인 550 nm 부근이기 때문에 결합하는 광센서의 양자검출효율이 뛰어난 장점이 있다. 또한, Gd2O2S:Tb 물질은 높은 원자번호와 밀도에 의해 엑스선 발광효율이 높고 결합제 및 분산제 등의 혼합을 통해 제조하기 때문에 제조 공정이 간단하며 가격이 저렴하다.
그러나, 상기 Gd2O2S:Tb 물질은 빛의 산란으로 공간 분해능이 CsI:Tl 물질보다 현저히 낮다는 문제점이 있고, 상기 CsI:Tl 물질은 열 증착 장비를 사용하여 제조하기 때문에 가격이 비싼 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비교적 간단한 제조방법을 통해 안정성이 향상된 신틸레이터를 얻고자 함에 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 효율이 향상된 신틸레이터를 얻고자 함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 실시예는 신틸레이터를 제공한다. 상기 신틸레이터는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 단사정계 (monoclinic) 결정구조를 가지며, C2/c의 공간군(space group)을 갖는다.
[화학식 1] A3TbX6
상기 화학식 1에서, A는 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 적어도 하나의 원소이고, X는 F, Cl, Br, 및 I 중 적어도 하나의 원소이다.
상기 화학식 1로 표시한 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2] Rb3-xCsxTbCl6
상기 화학식 2에서, x는 0 내지 3이다.
상기 화학식 2에서, x는 0 초과 0.5 이하, 구체적으로 x는 0.12 내지 0.35, 일 예로서 x는 0.15 내지 0.3일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 실시예는 신틸레이터 제조방법을 제공한다. 먼저, 원료물질인 AX와 TbX3·6H2O를 화학양론적 당량비인 3:1의 몰비로 혼합하여 혼합물을 얻는다. 상기 혼합물을 압착하여 펠렛 (pellet) 형태로 만들고 비활성 기체 분위기 또는 환원 분위기에서 소성한 후 자연냉각하여 하기 화학식 1에 따른 신틸레이터를 얻는다.
[화학식 1] A3TbX6
상기 AX 및 상기 화학식 1에서, A는 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 적어도 하나의 원소이고, 상기 AX, TbX3·6H2O, 및 상기 화학식 1에서, X는 F, Cl, Br, 및 I 중 적어도 하나의 원소이다.
상기 혼합물을 얻는 단계는 비활성 기체 분위기에서 수행할 수 있다. 상기 소성은 400 내지 500℃의 온도로 승온시킨 후, 20 내지 28시간 동안 유지하여 수행할 수 있다.
상기 AX는 RbX와 CsX가 3-x:x의 몰비로 함유된 것이고, 상기 화학식 1에 따른 신틸레이터는 하기 화학식 2에 따른 신틸레이터일 수 있다.
[화학식 2] Rb3-xCsxTbCl6
상기 3-x:x 및 상기 화학식 2에서, x는 0 내지 3일 수 있다.
상기 3-x:x 및 화학식 2에서, x는 0 초과 0.5 이하, 구체적으로 0.12 내지 0.35, 일 예로서 0.15 내지 0.3일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신틸레이터는 비교적 간단한 제조방법을 통해 제조할 수 있고, 안정성이 향상될 수 있으며, 또한 향상된 효율을 나타낼 수 있다.
도 1은 상기 화학식 1로 표시한 화합물의 결정구조를 보여준다.
도 2는 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6와 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6의 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 3은 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 4는 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 광학특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 방출파장 세기를 Cs 비율에 대해 나타낸 그래프이다.
도 6은 제조예들 1 및 8의 Rb3TbCl6와 Cs3TbCl6의 X-선 및 감마선에 대한 선형 흡수 계수를 상용 신틸레이터인 CsI와 GOS (Gd2O2S:Tb)에 대해 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6의 안정성 평가 결과를 나타낸 X-선 회절 패턴(a)와 광학 특성을 나타낸 그래프(b)이다.
도 8은 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6의 안정성 평가 결과를 나타낸 X-선 회절 패턴(a)와 광학 특성을 나타낸 그래프(b)이다.
도 9는 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6에 X-선을 조사하였을 때의 발광을 보여주는 사진(a), 그리고 컴퓨터 단층 촬영기(CT)를 통해 얻어진 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6, 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6, 및 상용화된 GOS (Gd2O2S:Tb)의 섬광특성을 보여주는 사진들(b)(c)을 나타낸다.
도 2는 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6와 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6의 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 3은 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 4는 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 광학특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 방출파장 세기를 Cs 비율에 대해 나타낸 그래프이다.
도 6은 제조예들 1 및 8의 Rb3TbCl6와 Cs3TbCl6의 X-선 및 감마선에 대한 선형 흡수 계수를 상용 신틸레이터인 CsI와 GOS (Gd2O2S:Tb)에 대해 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6의 안정성 평가 결과를 나타낸 X-선 회절 패턴(a)와 광학 특성을 나타낸 그래프(b)이다.
도 8은 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6의 안정성 평가 결과를 나타낸 X-선 회절 패턴(a)와 광학 특성을 나타낸 그래프(b)이다.
도 9는 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6에 X-선을 조사하였을 때의 발광을 보여주는 사진(a), 그리고 컴퓨터 단층 촬영기(CT)를 통해 얻어진 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6, 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6, 및 상용화된 GOS (Gd2O2S:Tb)의 섬광특성을 보여주는 사진들(b)(c)을 나타낸다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신틸레이터는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
A3TbX6
상기 화학식 1에서, A는 알칼리 금속 원소들 구체적으로 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 적어도 하나의 원소일 수 있고, X는 할로겐 원자들 구체적으로 F, Cl, Br, 및 I 중 적어도 하나의 원소일 수 있다.
도 1은 상기 화학식 1로 표시한 화합물의 결정구조를 보여준다.
도 1을 참조하면, 상기 화학식 1로 표시한 화합물은 단사정계 (monoclinic) 결정구조를 가지며, C2/c의 공간군(space group)을 가질 수 있다.
상기 화학식 1로 표시한 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Rb3-xCsxTbCl6
상기 화학식 2에서, x는 0 내지 3일 수 있다.
구체적으로, 화학식 2에서 x는 0 초과 0.6 미만의 값을 가질 수 있다. 더 구체적으로, x는 0.05 내지 0.5, 0.1 내지 0.4, 또는 0.12 내지 0.35, 0.15 내지 0.3, 일 예로서, 0.2 내지 0.3일 수 있다. 이 경우에는 상기 화학식 2에서 x가 3인 경우 즉, Cs3TbCl6 인 경우를 비롯하여 x가 0인 경우 즉, Rb3TbCl6에 대해서도 방출되는 광의 세기가 더 클 수 있어 섬광 효율이 더 높을 수 있다.
상기 화학식 1 또는 2에 따른 신틸레이터는 250 nm ~ 400 nm 범위의 자외선 이상의 에너지를 갖는 광 즉, 여기원으로 X-선 또는 감마선 영역의 파장을 조사하면, 530 nm ~ 560 nm 범위의 파장영역(녹색)에서 발광하는 특성을 보인다. 상기 530 nm ~ 560 nm 범위의 파장영역(녹색)에서 발광은 실리콘 반도체를 이용하는 광검출기에서 가장 효율적으로 검출될 수 있다. 일 예로서, 최대 광발광 세기를 나타내는 파장은 약 548 nm일 수 있다.
상기 화학식 1 또는 2에 따른 신틸레이터는 하기 제조방법을 통해 얻을 수 있다.
먼저, 원료물질인 AX와 TbX3·6H2O를 화학양론적 당량비인 3:1의 몰비로 혼합하여 혼합물을 얻을 수 있다. 이 때, A는 알칼리 금속 원소들 구체적으로 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 적어도 하나의 원소일 수 있고, X는 할로겐 원자들 구체적으로 F, Cl, Br, 및 I 중 적어도 하나의 원소일 수 있다. 상기 A가 둘 이상의 알칼리 금속원소들을 포함하는 경우, AX는 A1X와 A2X의 혼합물 일 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 2의 신틸레이터의 경우 A1은 Rb일 수 있고 A2는 Cs 일 수 있으며, 이 때 A1X와 A2X는 3-x:x의 몰비로 혼합될 수 있다. 이 때, x는 상기 화학식 2에서 설명된 바와 동일할 수 있다.
상기 혼합과정은 비활성 기체 일 예로서, 아르곤 (Argon)분위기에서 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합과정은 아르곤으로 충진된 글로브 박스 (glove box)에서 상기 몰비의 원료물질을 아게이트 유봉 (agate pestle) 및 유발 (mortar)을 사용하여 혼합 및 분쇄하여 혼합물을 얻을 수 있다. 상기 혼합은 15분 내지 1시간 진행될 수 있다.
상기 혼합물을 압착하여 펠렛 (pellet) 형태로 만든 후 비활성 기체 분위기 또는 환원 분위기에서 소성한 후 자연냉각하여 상기 화학식 1 또는 2에 따른 신틸레이터를 얻을 수 있다. 상기 비활성 기체 분위기는 아르곤 분위기 일 수 있고, 상기 환원 분위기는 수소 분위기일 수 있다. 이러한 분위기에서 소성을 진행하여 상기 화학식 1 또는 2에 따른 신틸레이터를 제조함에 따라 신틸레이터의 산화가 방지되고, 이에 따라 신틸레이터의 안정성이 향상될 수 있다. 상기 소성은 상기 펠렛을 알루미나 도가니에 충진한 후, 상기 혼합물이 충진된 도가니를 알루미나 튜브 전기로에 배치하고, 상기 도가니를 약 400 내지 500℃ 일 예로서, 450 ℃까지 승온시켜 수행할 수 있고, 승온이 완료된 후 20 내지 28시간 일 예로서, 24시간 동안 승온된 온도를 유지하여 수행할 수 있다.
상기 자연냉각된 신틸레이터를 분쇄하여 신틸레이터 분말을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 신틸레이터 제조방법은 다음과 같을 수 있다.
먼저, 원료물질인 AX와 TbX3·6H2O를 화학양론적 당량비인 3:1의 몰비로 혼합한 후, 할로겐화 수소산(HX)와 함께 용기에 담아 비활성 기체 분위기에서 반응시킨 후 에탄올로 세척하여 상기 화학식 1의 신틸레이터를 얻을 수 있다. 이 때, AX, TbX3·6H2O, HX에서 A와 X는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다. 상기 비활성 기체 분위기에서의 반응은 상기 신틸레이터의 산화를 방지하고, 이에 따라 신틸레이터의 안정성이 향상될 수 있다.
상기 용기는 테플론 용기일 수 있고, 상기 반응은 약 160 내지 200 ℃ 일 예로서, 180 ℃의 온도에서 약 1 내지 3시간 구체적으로 2 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 반응을 마친 후 서냉 구체적으로, 1시간당 1도씩 서서히 냉각할 수 있다. 상기 에탄올은 순수 에탄올일 수 있고, 상기 세척은 2 ~ 3회 반복 수행될 수 있다.
상기 AX는 RbX와 CsX가 3-x:x의 몰비로 함유된 것이고, 상기 화학식 1에 따른 신틸레이터는 상기 화학식 2에 따른 신틸레이터일 수 있다. 상기 3-x:x에서, x는 상기 화학식 2에서 설명된 바와 동일할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 : Rb
3
TbCl
6
신틸레이터 제조
원료물질인 RbCl 분말과 TbCl3·6H2O 분말을 화학양론적 당량비인 3:1의 몰비로 정량한 후에, 아르곤 (Argon)분위기로 충진된 글로브 박스 (glove box)에서 상기 정량된 원료물질을 아게이트 유봉 (agate pestle) 및 유발 (mortar)을 사용하여 30분 동안 혼합 및 분쇄하여 혼합물을 얻었다. 상기 혼합물을 압착하여 펠렛 (pellet) 형태로 만든 후 알루미나 도가니에 충진하였다. 상기 혼합물이 충진된 도가니를 알루미나 튜브 전기로에 배치하고 아르곤 분위기 하에서 450 ℃까지 승온시킨 후 24시간 동안 유지하여 소성한 후 자연 냉각하였다. 상기 자연냉각 된 펠렛을 분쇄하여 Rb3TbCl6 신틸레이터를 제조하였다.
제조예들 2 내지 7 : Rb
3-x
Cs
x
TbCl
6
신틸레이터 제조
원료물질로서 RbCl 분말, CsCl 분말, 및 TbCl3·6H2O 분말을 3-x:x:1의 몰비를 갖도록 준비한 것을 제외하고는 제조예 1과 유사한 방법으로 Rb3-xCsxTbCl6 신틸레이터를 제조하였다.
제조예 8 : Cs
3
TbCl
6
신틸레이터 제조
원료물질로서 CsCl 분말과 TbCl3·6H2O 분말을 3:1의 몰비를 갖도록 준비한 것을 제외하고는 제조예 1과 유사한 방법으로 Cs3TbCl6 신틸레이터를 제조하였다.
하기 표 1은 제조예들 1 내지 8에 따른 신틸레이터의 조성을 나타낸 표이다.
| 조성 | 식 Rb3-xCsxTbCl6 에서 x값 | Rb와 Cs의 합계 몰수에 대한 Cs의 mol% |
|
| 제조예 1 | Rb3TbCl6 | 0 | 0 |
| 제조예 2 | Rb2.85Cs0.15TbCl6 | 0.15 | 5 |
| 제조예 3 | Rb2.7Cs0.3TbCl6 | 0.3 | 10 |
| 제조예 4 | Rb2.4Cs0.6TbCl6 | 0.6 | 20 |
| 제조예 5 | Rb1.8Cs1.2TbCl6 | 1.2 | 40 |
| 제조예 6 | Rb1.2Cs1.8TbCl6 | 1.8 | 60 |
| 제조예 7 | Rb0.6Cs2.4TbCl6 | 2.4 | 80 |
| 제조예 8 | Cs3TbCl6 | 3 | 100 |
도 2는 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6와 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6의 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6와 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6는 단사정계 결정 구조를 보여주는 시뮬레이션된 X-선 회절 패턴에 거의 일치하는 X-선 회절패턴을 보여주는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6와 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6는 단사정계 결정 구조를 갖는 것을 알 수 있다.
도 3은 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 3을 참조하면, Rb3-xCsxTbCl6에서의 x값 즉, Cs의 함량변화에도 거의 동일한 X-선 회절 패턴을 갖는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들은 모두 단사정계 결정 구조를 가지며, C2/c의 공간군(space group)을 갖는 것을 알 수 있다.
도 4는 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 광학특성을 보여주는 그래프이다. 구체적으로, 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들에 280 nm의 여기파장을 조사한 후 얻어지는 광발광 스펙트럼(photoluminescence spectra)을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들은 모두 548nm에서 메인 피크(main peak)를 나타낸다.
도 5는 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들의 방출파장 세기를 Cs 비율에 대해 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 제조예들 1 내지 8에 따른 화합물들에 280 nm의 여기파장을 조사한 후 얻어지는 548nm에서의 방출파장의 세기를 나타낸다. 이 때, y축의 광발광 세기는 도 4에서 얻어진 값이다.
도 5를 참조하면, Rb3-xCsxTbCl6에서의 x값이 0.15 내지 0.3인 경우 즉, Cs의 비율이 5 내지 10 mol%인 제조예들 1 및 2에 따른 화합물들의 경우, 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6뿐 아니라 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6에 비교하여서도 방출되는 광의 세기가 더 큰 것을 알 수 있다. 특히, Rb3-xCsxTbCl6에서의 x값이 0.3인 경우 즉, Cs의 비율이 10 mol%인 가장 큰 방출광세기를 나타내어, 가장 높은 효율을 나타냄을 알 수 있다.
도 6은 제조예들 1 및 8의 Rb3TbCl6와 Cs3TbCl6의 X-선 및 감마선에 대한 선형 흡수 계수를 상용 신틸레이터인 CsI와 GOS (Gd2O2S:Tb)에 대해 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, CsI와 GOS (Gadolinium oxysulfide, Gd2O2S:Tb) 대비 제조예들 1 및 8의 Rb3TbCl6와 Cs3TbCl6는 X-선 및 감마선에 대한 흡수 계수가 대체적으로 낮거나 유사한 것을 알 수 있다. 특히, CsI와 GOS (Gadolinium oxysulfide, Gd2O2S:Tb) 대비 제조예들 1 및 8의 Rb3TbCl6와 Cs3TbCl6는 포톤 에너지가 20 내지 30 keV의 X-선에 대해서는 낮은 흡수계수를 갖는 것을 알 수 있다.
도 7은 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6의 안정성 평가 결과를 나타낸 X-선 회절 패턴(a)와 광학 특성을 나타낸 그래프(b)이다. 광학특성은 화합물에 280 nm의 중심파장을 갖는 여기광을 조사한 후 얻어지는 방출광의 스펙트럼으로 나타내었다.
도 7을 참조하면, 제조한 직후의 Rb3TbCl6와 공기 중에서 한 달 동안 방치한 후의 Rb3TbCl6은 결정구조의 변화가 거의 없고(a), 광학 특성도 유지되는 것(b)을 알 수 있다.
도 8은 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6의 안정성 평가 결과를 나타낸 X-선 회절 패턴(a)와 광학 특성을 나타낸 그래프(b)이다. 광학특성은 화합물에 280 nm의 중심파장을 갖는 여기광을 조사한 후 얻어지는 방출광의 스펙트럼으로 나타내었다.
도 8을 참조하면, 제조한 직후의 Cs3TbCl6와 공기 중에서 한 달 동안 방치한 후의 Cs3TbCl6은 결정구조의 변화가 거의 없고(a), 광학 특성도 유지되는 것(b)을 알 수 있다.
도 7 및 도 8을 동시에 참고하면, 제조예 1 및 제조예 8에 따른 화합물들은 제조과정에서 비활성 기체 분위기 등에서 제조됨에 따라, 산화가 억제되어 공기중에서도 오랜기간 안정적으로 보관될 수 있다.
도 9는 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6에 X-선을 조사하였을 때의 발광을 보여주는 사진(a), 그리고 컴퓨터 단층 촬영기(CT)를 통해 얻어진 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6, 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6, 및 상용화된 GOS (Gd2O2S:Tb)의 섬광특성을 보여주는 사진들(b)(c)을 나타낸다.
도 9(a)를 참조하면, 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6에 X-선을 조사하였을 때 녹색 발광을 확인할 수 있다.
도 9(b) 및 도 9(c)를 참조하면, 제조예 1에 따른 Rb3TbCl6 및 제조예 8에 따른 Cs3TbCl6는 상용화된 GOS (Gd2O2S:Tb)와 유사한 섬광특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
Claims (12)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 단사정계 (monoclinic) 결정구조를 가지며, C2/c의 공간군(space group)을 갖는 신틸레이터:
[화학식 1]
A3TbX6
상기 화학식 1에서, A는 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 적어도 하나의 원소이고, X는 F, Cl, Br, 및 I 중 적어도 하나의 원소이다. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시한 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 신틸레이터:
[화학식 2]
Rb3-xCsxTbCl6
상기 화학식 2에서, x는 0 내지 3이다. - 제2항에 있어서,
상기 화학식 2에서, x는 0 초과 0.5 이하인 신틸레이터. - 제2항에 있어서,
상기 화학식 2에서, x는 0.12 내지 0.35인 신틸레이터. - 제2항에 있어서,
상기 화학식 2에서, x는 0.15 내지 0.3인 신틸레이터. - 원료물질인 AX와 TbX3·6H2O를 화학양론적 당량비인 3:1의 몰비로 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및
상기 혼합물을 압착하여 펠렛 (pellet) 형태로 만들고 비활성 기체 분위기 또는 환원 분위기에서 소성한 후 자연냉각하여 하기 화학식 1에 따른 신틸레이터를 얻는 단계를 포함하는 신틸레이터 제조방법:
[화학식 1]
A3TbX6
상기 AX 및 상기 화학식 1에서, A는 Li, Na, K, Rb, 및 Cs 중 적어도 하나의 원소이고,
상기 AX, TbX3·6H2O, 및 상기 화학식 1에서, X는 F, Cl, Br, 및 I 중 적어도 하나의 원소이다. - 제6항에 있어서,
상기 혼합물을 얻는 단계는 비활성 기체 분위기에서 수행하는 신틸레이터 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 소성은 400 내지 500℃의 온도로 승온시킨 후, 20 내지 28시간 동안 유지하여 수행하는 신틸레이터 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 AX는 RbX와 CsX가 3-x:x의 몰비로 함유된 것이고,
상기 화학식 1에 따른 신틸레이터는 하기 화학식 2에 따른 신틸레이터인 신틸레이터 제조방법:
[화학식 2]
Rb3-xCsxTbCl6
상기 3-x:x 및 상기 화학식 2에서, x는 0 내지 3이다. - 제9항에 있어서,
상기 3-x:x 및 화학식 2에서, x는 0 초과 0.5 이하인 신틸레이터 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 3-x:x 및 화학식 2에서, x는 0.12 내지 0.35인 신틸레이터 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 3-x:x 및 화학식 2에서, x는 0.15 내지 0.3인 신틸레이터 제조방법.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2016522135A (ja) * | 2013-04-12 | 2016-07-28 | サン−ゴバン クリストー エ デテクトゥール | エルパソライト型シンチレータ材料の製造 |
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- 2021-05-21 KR KR1020210065212A patent/KR102618325B1/ko active IP Right Grant
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Escard 등, "Systematics in the formation of Lanthanide Halide compounds", 2012 (2012.12.31.)* * |
| J. of Solid state chem., 115, 1995, pp484-489 (1995.12.31.)* * |
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