NL1027265C2

NL1027265C2 - Terbium of lutetium bevattende scintillatorsamenstellingen met een verbeterde weerstand tegen stralingsschade.

Info

Publication number: NL1027265C2
Application number: NL1027265A
Authority: NL
Inventors: Robert Joseph Lyons; James Scott Vartuli
Original assignee: Ge Med Sys Global Tech Co Llc
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2005-08-02
Also published as: CN100558851C; CN1629251A; DE102004051519A1; US20040084655A1; JP2005126718A; US7008558B2; NL1027265A1

Description

w

Korte aanduiding: Terbium of lutetium bevattende scintillatorsa- menstellingen met een verbeterde weerstand tegen ' stralingsschade.

De uitvinding heeft betrekking op terbium of lutetium bevattende scintillatoren, die met een zeldzame-aardemetaalion, zoals cerium, zijn geactiveerd en zijn behandeld door middel van uitgloeien bij hoge temperaturen in een gedefinieerde zuurstofatmosfeer, 5 zodat de uitgegloeide scintillator een toegenomen weerstand tegen schade als gevolg van straling van hoge energie in vergelijking met eenzelfde scintillator, die niet door middel van de werkwijzen van de uitvinding zijn behandeld, heeft.

In toepassingen zoals röntgenstralingstellers en beeldintensi-10 veerders werden reeds lange vaste-toestand scintillatormaterialen als stralingsdetectoren voor het detecteren van binnendringende straling gebruikt. De scintillatormaterialen zenden zichtbare of nabij-zichtbare straling uit wanneer zij door röntgenstralen of andere elektromagnetische fotonen van hoge energie worden gestimuleerd. In typische me-15 dische of industriële toepassingen wordt de optische uitgang van de scintillator naar éten foto-elektrisch gevoelige inrichting geleid om elektrische uitgangssignalen te produceren, waarbij de amplitude van de signalen evenredig aan de afgegeven energie is. De elektrische signalen kunnen vervolgens door een conqputer worden gedigitaliseerd voor 20 weergave op een scherm of ander permanent medium. Dergelijke detectoren spelen een belangrijke rol in computertomografie(CT)scanners, digitale radiografie (DR) en andere röntgenstraling, gammastraling, ultraviolette straling en nucleaire straling detecterende toepassingen.

In medische toepassingen is het in het bijzonder wenselijk, dat de 25 scintillator op efficiënte wijze nagenoeg alle röntgenstralen, die door een patiënt heen gaan, absorberen, zodat de detector een maximale hoeveelheid van de toegediende hoge energie gebruikt en de patiënt niet onderworpen wordt aan een hogere stralingsdosis dan noodzakelijk.

/

Onder de voorkeursscintillatdrsamenstellingen in de huidige ge-30 neratie van CT-scanners bevinden zich keramische scintillatoren, die ten iainste één van de oxiden van lutetium, yttrium en gadolinium als matrixmaterialen toepassen. Deze zijn in detail beschreven in bijvoorbeeld ü.S. octrooi 4,421,671, 4,473,513, 4,525,628 en 4,783,596. Deze 1027285 I - 2 - I scintillatoren omvatten typisch als hoofddeel yttriumoxide (Y2O3), tot I ongeveer 50 mol.% gadoliniumoxide (Gd2Oj) en een klein deel aan active- I ringsmiddel (typisch ongeveer 0,02-12, bij voorkeur ongeveer 1-6 en de meeste voorkeur verdienend ongeveer 3 mol.%) van een oxide van een I 5 zeldzame-aardeactivator. Geschikte oxiden voor de activator, zoals be- I schreven in de hiervoor genoemde octrooien, bevatten de oxiden van eu- I ropium, neodynium, ytterbium, dysprosium, terbium, en praseodymium.

I Europium-geactiveerde scintillatoren verdienen dikwijls de voorkeur in I commerciële röntgenstralingsdetectoren vanwege hun hoge luminescentie- I 10 rendement, laag nagloeiniveau en andere gunstige karakteristieken.

I Verbeterde scintillatormaterialen voor de zich continu ontwik- I kelende medische toepassingen en technologieën, die op straling geba- I seerde beeldvormingstechnieken toepassen, zouden kunnen worden ver- schaft. Om aan de eisen van typische medische radiografische toepas- 15 singen te voldoen, dient de scintillator een efficiënte omzetter van I röntgenstraling (of andere straling van hoge energie) in optische straling te zijn voor de door fotodetectiemiddelen gedetecteerde ge- H bieden van het elektromagnetische spectrum. De scintillator dient bo- vendien optische straling op efficiënte wijze over te dragen, om in- I 20 sluiting van het in het scintillatorlichaam gegenereerde signaal te voorkomen. De scintillator dient ook gekenmerkt te zijn door een hoog H röntgenstralingsblofckeringsvermogen, een lage hysterese, een spectrale lineariteit en korte nagloei.

Eén belangrijke eigenschap van CT-systemen is de aftasttijd, 25 hetgeen de tijd is, die een CT-systeem vereist om een beeld van een plak van het aan waarneming onderworpen object af te tasten en te ver- werven. Aftasttijden zijn ruwweg met een factor 1000 gerelateerd aan H de primaire vervaltijd van de scintillator. Bijvoorbeeld zal een af- tasttijd van 1 seconde typisch een scintillator met een vervaltijd van 30 1 milliseconde of minder vereisen. Kortere CT-aftasttijden vereisen dus kortere scintillatorvervaltijden. De huidige generatie van CT-sys- temen hebben aftasttijden in de orde van 1 seconde en deze zijn in het algemeen niet korter dan ongeveer 0,4 seconden. Nog kortere aftasttij- den zijn gewenst. Het verkorten van de aftasttijd vergroot het aantal 35 patiënten, die kunnen worden onderzocht, alsmede het aantal in een en- H kele meetbewerking uitgevoerde aftastingen, aangezien elke meting van I een patiënt vereist om tijdens de meetperiode "zijn adem in te hou- den". Kortere aftasttijden verminderen bovendien beeldvervaging als gevolg van de beweging van de inwendige organza of beweging, die I 1027265 - 3 - plaatsvindt wanneer aftastingen van niet-meewerkende patiënten, zoals kleine kinderen, worden genomen.

Een andere overweging voor scintillatoren is het verminderen van de schade, die aan de scintillator wordt aangebracht na herhaalde 5 blootstelling van de scintillator aan straling van hoge energie. Radiografische apparatuur, die vaste-toestand scintillatormaterialen voor de omzetting van straling van hoge energie in een optisch beeld toepassen, kunnen veranderingen in het rendement na blootstelling van de scintillator aan hoge stralingsdoses ondervinden. Bijvoorbeeld kan 10 stralingsschade voor bismutgermanaat enkel-kristalscintillatoren tot 11% bedragen na een blootstelling van 30 minuten aan van een kwiklamp afkomstige Ultraviolette straling. Soortgelijke resultaten zijn gerapporteerd voor gammastraling van hogere energie. Verder is de variatie in stralingsschade van kristal tot kristal van bismutgermanaatscintil-15 latoren hoog, een factor van ten minste 30 benaderend. Een soortgelijke verandering in rendement kan worden gevonden wanneer keramische scintillatoren van polykristallijn type aan doses van straling van hoge energie worden blootgesteld.

Stralingsschade in scintillatoren wordt gekenmerkt door een 20 verandering in lichtafgifte en/of een verdonkering van kleur van het scintillatorlichaam bij langdurige blootstelling aan straling. Stralingsschade kan leiden tot "geestbeelden" afkomstig van voorgaande aftastingen, die daardoor de beeldresolutie verminderen. De verandering in lichtafgifte, die optreedt na stralingsschade, blijkt dikwijls van 25 partij-tot-partij van dezelfde scintillator variabel in sterkte te zijn, hetgeen het moeilijk maakt om te voorspellen hoe een individuele scintillator in de tijd zal veranderen en het dus moeilik maakt om kwantitatieve correctiemaatregelen uit te voeren. Bijvoorbeeld vertonen met europium geactiveerde yttriumoxide-gadoliniumoxide keramische 30 scintillatoren een vermindering van de lichtafgifte van 4 tot 33%, afhankelijk van de scintillatorpartij, voor 450 röntgens van 140 kVp röntgenstralen. Deze mate van variatie in lichtafgifte, die optreedt als gevolg van röntgenstralingsschade, is ongewenst in een kwantitatieve röntgenstralingsdetector.

j 35 In enkele configuraties van dè uitvinding is dus een scintilla- torsamenstelling verschaft, die voorafgaande aan uitgloeiing de samenstelling (Gi-x^AxREy)»D«0i2 bevat, waarin D wordt geselecteerd uit de uit Al, Ga en In bestaande groep, G wordt geselecteerd uit de uit Tb, Y,

La, Gd en Yb bestaande groep, A wordt geselecteerd uit de uit Lu, Y, 1027265

Η I

I - 4 -

I La, Gd en Yb bestaande groep, en RE wordt geselecteerd uit de uit Ho, I

I Er, Tm en Ce bestaande groep, en x ligt in het bereik van 0 tot en met

I ongeveer 0,2774, y ligt in het bereik van ongeveer 0,001 tot en met I

I ongeveer 0,012, a ligt in het bereik van 2,884 tot en met ongeveer

I 5 3,032, en z ligt in het bereik van ongeveer 4,968 tot en met ongeveer I

I 5,116.

I Andere configuraties van de uitvinding verschaffen een werkwij- I ze voor het preparen van een terbium of lutetium bevattende garnet- I scintillator met een verhoogde weerstand tegen door straling geïndu- I 10 ceerde veranderingen in het scintillatorrendement. De werkwijze bevat I het uitgloeien van een garnetscintillator in een geregelde atmosfeer, I die een voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof heeft, gedurende een voor- I afbepaalde tijd en bij een voorafbepaalde temperatuur, zodat de uitge- I gloeide scintillator een kleinere door straling geïnduceerde verande- 15 ring in het rendement van signaalopwekking dan eenzelfde scintillator, I die niet door middel van een dergelijke uitgloeiing is behandeld, om- I vat. De garnetscintillator bevat ten minste één metaal geselecteerd I uit terbium (Tb) en lutetium (Lu), en is geactiveerd met ten minste I één zeldzame-aarde-element, geselecteerd uit Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, 20 Ho, Er en Tm. De scintillator is in staat om in reactie op activering I door straling van hoge energie, waaronder X-, β- of γ-straling, zicht- I baar licht uit te Zenden. De scintillator bevat voorafgaande aan uit- I gloeiing de samenstelling (Gx-^^A^REy) waarin D wordt geselecteerd

I uit Al, Ga en In, G wordt geselecteerd uit Tb, Y, La, Gd en Yb, A

I 25 wordt geselecteerd uit Lu, Y, La, Gd en Yb, en RE wordt geselecteerd I uit Ho, Er, Tm en Ce, en x ligt in het bereik van 0 tot en met onge- I veer 0,2774, y ligt in het bereik van ongeveer 0,001 tot en met onge- I veer 0,012, a ligt in het bereik van 2,884 tot en met ongeveer 3,032, I en z ligt in het bereik van ongeveer 4,968 tot en met ongeveer 5,116.

I 30 Nog andere configuraties van de uitvinding verschaffen een I scintillator met een verhoogde weerstand tegen door straling gelndu- I ceerde veranderingen in scintillatorrendement. De scintillator bevat I een garnetscintillator, die in staat is om in reactie op activering door straling van hoge energie, waaronder X-, β- of γ-straling, zicht- 35 baar licht uit te zenden. De garnetscintillator bevat ten minste één I metaal geselecteerd uit terbium (Tb) en lutetium (Lu), en is geacti- I veerd met ten minste één zeldzame-aarde-element, geselecteerd uit Ce, I Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm. De scintillator is in een geregelde I atmosfeer, die een voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof bevat, geduren- I 1027265 * t - 5 - de een voorafbepaalde tijd en bij een voorafbepaalde temperatuur uitgegloeid, zodat de uitgegloeide scintillator eeii kleinere door straling geïnduceerde verandering in rendement omvat dan eenzelfde scintillator, die niet door middel van een dergelijke uitgloeiing is be-5 handeld. De scintillator bevat voorafgaande aan uitgloeiing de samenstelling (Gi-z-jfAxREy) .DB0i2, waarin D wordt geselecteerd uit Al, Ga en In, G wordt geselecteerd uit Tb, Y, La, Gd en Yb, A wordt geselecteerd uit Lu, Y, La, Gd en Yb, en RE wordt geselecteerd uit Ho, Er, Tm en Ce, en x ligt in het bereik van 0 tot en met ongeveer 0,2774, y ligt .10 in het bereik van ongeveer 0,001 tot en met ongeveer 0,012, a ligt in het bereik van 2,884 tot en met ongeveer 3,032, en z ligt in het bereik van ongeveer 4,968 tot en met ongeveer 5,116.

Enkele andere configuraties van de uitvinding verschaffen een scintillatorsamenstelling, die voorafgaande aan uitgloeiing de samen-15 stelling (Tbi^Cey),D,Oi2 bevat; waarin D ten minste één metaal geselecteerd uit Al, Ga en In is; a ligt in een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1; y ligt in een bereik van 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in een bereik van 4 tot en met 5,1.

Enkele andere configuraties van de uitvinding verschaffen een 20 scintillatorenamenstelling, die voorafgaande aan uitgloeiing de samenstelling (Lui-yCey) ,D,0i2 bevat; waarin D ten minste één metaal geselecteerd uit Al, Ga erf In is; a ligt in een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1; y ligt in een bereik van 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in een bereik van 4 tot en met 5,1.

25 Nog andere configuraties van de uitvinding verschaffen een scintillatorenamenstelling, die voorafgaande aan uitgloeiing de samenstelling (Gi-ryAKREy)aDsOi2 bevat; waarin G ten minste één metaal is, geselecteerd uit Tb en Lu; A ten minste één zeldzame-aardemetaal is, geselecteerd uit Y, La, Gd, Lu en Yb wanneer G Tb is, en geselecteerd 30 uit Y, La, Gd, Tb en Yb, wanneer G Lu is; RE ten minste één zeldzame-aardemetaal is, geselecteerd uit Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm; D ten minste één metaal is, geselecteerd uit Al, Ga en In; a ligt in een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1; x ligt in een bereik van 0 tot en met 0,5; y ligt in een bereik van 0,0005 tot en met 0,2; en z / 35 ligt in een bereik van 4 tot en met'5,1.

In nog andere configuraties verschaft de uitvinding een scintillatorenamenstelling, die voorafgaande aan uitgloeing, de samenstelling (Tbi-*LuxCey) 3AI5O12 bevat, waarin 0<x<0,5.

1027255 Η I - 6 - I In nog andere configuraties verschaft de uitvinding een scin- tillatorenamenstelling, die voorafgaande aan uitgloeiing de samenstel- I ling (Tbi-^:e3f)3(Al1^.,GaeIn,),Ol2 bevat, waarin y ligt in het bereik van I ongeveer 0,0005 tot en met 0,2, en z ligt in het bereik van ongeveer 4 I 5 tot en met 5,1, en 0<r<0,5 wanneer 0<s<0,5 en r+s<l of 0<r<0,5 wanneer I 0<s<0,5 en r+s<l.

I Nog andere configuraties van de uitvinding verschaffen een I scintillatorenamenstelling, die voorafgaande aan uitgloeiing de samen- stelling (Tbi-y-u^CeyYaGdvSm,) 3AI1O12 bevat, waarin y ligt in het bereik I 10 van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in het bereik van onge- I veer 4 tot en met 5,1, 0<u,v,w<0,5, en 0,0005<y+u+v+w<l. In enkele van I deze configuraties geldt w«0.

I Nog andere configuraties van de uitvinding verschaffen een I scintillatorenamenstelling, die voorafgaande aan uitgloeiing de samen- I 15 stelling (Tbi-*yA*Cey)3Al,Oi2 bevat, waarin A Y of Gd is, 0<x<0,5 en y I ligt in het bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2 en z ligt in het.

I bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1.

I Nog andere configuraties van de uitvinding verschaffen een scintillatorenamenstelling, die voorafgaande aan uitgloeiing de met 20 Ceg, ionen geactiveerde samenstelling Luo,eTb2,aAlaOi2 bevat.

I Volgens een ander aspect omvat de uitvinding een scintillator, die een verhoogde Veerstand tegen door straling geïnduceerde verande- I ringen in scintillatorrendement heeft, omvattende een gametscintilla- I tor, die in staat is in reactie op activering door straling van hoge I 25 energie, waaronder X-, β- of γ-straling, zichtbaar licht uit te zen- I den, waarbij de garnetscintillator ten minste één metaal geselecteerd I uit de uit terbium (Tb) en lutetium (Lu) bestaande groep omvat, en met I ten minste één zeldzame-aarde-element, geselecteerd uit de uit Ce, Pr, I Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande groep is geactiveerd, en waarin I 30 de scintillator in een geregelde atmosfeer, die een voorafbepaalde I hoeveelheid zuurstof omvat, gedurende een voorafbepaalde tijd en bij een voorafbepaalde temperatuur is uitgegloeid, zodat de uitgegloeide scintillator een kleinere door straling geïnduceerde verandering in rendement omvat dan eenzelfde scintillator, die niet door middel van

H

35 uitgloeiing is behandeld.

I Volgens nog een ander aspect omvat de uitvinding een detector- element van een röntgen-CT-scanner, omvattende een garnetscintillator, I die in staat is in reactie op activering door straling van hoge ener- I gie, waaronder X-, β- of γ-straling, zichtbaar licht uit te zenden, I 1027265 * f - 7 - waarbij de garnetscintillator ten minste één metaal geselecteerd uit de uit terbium (Tb) en lutetium (Lu) bestaande groep omvat, en met ten minste één zeldzame-aarde-element, geselecteerd uit de uit Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande groep is geactiveerd, en waarin de 5 scintillator in een geregelde atmosfeer, die een voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof omvat, gedurende een voorafbepaalde tijd en bij een voorafbepaalde temperatuur is uitgegloeid, zodat de uitgegloeide scintillator een kleinere door straling geïnduceerde verandering in rendement omvat dan eenzelfde scintillator, die niet door middel van uit-10 gloeiing is behandeld.

Scintillatormaterialen en detectoren volgens de uitvinding verschaffen op voordelige wijze een korte vervaltijd (om de aftasttijd te minimaliseren), en vertonen een verminderde schade na herhaalde blootstelling aan de straling van hoge energie, die typisch wordt toegepast 15 in de toepassingen, die scintillatoren vereisen (om de reproduceerbaarheid van de metingen te verhogen). Werkwijzen- voor scintillator-preparatie volgens de uitvinding zijn eveneens reproduceerbaar, doch eenvoudig genoeg om kostprijsreffectief en eenvoudig aanpasbaar aan bestaande protocols voor scintillatorvervaardiging te zijn.

20 De figuur toont een verstrooiingsgrafiek van procentuele stra- lingsschade (%RD) afkomstig van vijf verschillende stellen monsters: SH-H2, enkel-kristallen (SC) verhit bij 1500eC gedurende 10 uur in een waterstof (¾) atmosfeer (partiële zuurstofdruk = 5 x 10"13 atm.); SC-AsR, enkel-kristallen Als Ontvangen (partiële zuurstofdruk® ~1 x 10"® 25 atm.); SC-Lucht, enkel-kristallen verhit bij 1500°C gedurende 10 uur in lucht (partiële zuurstofdruk = 0,22 atm.); PC-Ar, een poly-kristallijne(PC)plaat verhit bij 1400°C gedurende 4 uur in argon (partiële zuurstofdruk = 1x10"® atm.); en PC-Lucht, een polykristal-lijne plaat verhit bij 1400°C gedurende 4 uur in lucht (partiële 30 zuurstofdruk = 0,22 atm.), volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

De uitvinding heeft betrekking op terbium- of lutetiumalumi-niumoxide röntgengarnetscintillatoren, die met een zeldzëme-aarde- metaalion, zoals cerium, zijn geactiveerd en door middel van ver- / 35 hitting (uitgloeiing) bij hoge temperaturen en in een gedefinieerde zuurstofatmosfeer zijn behandeld tijdens of na sintering om de stra-lingsschade, die anders zou optreden wanneer het scintillatormateriaal aan straling van hoge energie wordt blootgesteld, te verminderen. De scintillator kan een enkel-kristalscintillator of een polykristallijne 1027265 I - 8 - I scintillator met de algemene formule (Gi-»^A,REy).DB0i2 omvatten; waarin G ten minste één metaal geselecteerd uit de uit Tb en Lu bestaande I groep is; Ά ten minste één zeldzame-aardemetaal geselecteerd uit de uit Y, La, Gd, Lu en Yb bestaande groep is wanneer G Tb is, en gese-

I 5 lecteerd uit de uit Y, La, Gd, Tb en Yb bestaande groep is wanneer G

I Lu is; RE ten minste één zeldzame-aardemetaal geselecteerd uit de uit I Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm is; D ten minste één metaal gese- I lecteerd uit de uit Al, Ga en In bestaande groep is; a ligt in een be- I reik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1; x ligt in een bereik van 0 tot I 10 ongeveer 0,5; y ligt in een bereik van ongeveer 0,0005 tot ongeveer I 0,2; en z ligt in een bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1, vooraf- gaande aan uitgloeiing. In een uitvoeringsvorm omvat de scintillator I een enkel-kristalscintillator of een polykristallijne scintillator, I die de algemene formule (Tbi-xLuxCey) 3AI5O12 omvat, waarin 0<x<0,5 en y I 15 ligt in het bereik van ongeveer 0,0005 tot ongeveer 0,2, en meer de I voorkeur verdienend van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,1, voorafgaande aan uitgloeiing. In één uitvoeringsvorm omvat de scintillator dus met

Ce*, ionen geactiveerd Luo.eTbi.aAlsOia voorafgaande aan uitgloeiing. De I scintillatoren van de uitvinding hebben korte vervaltijden en vertonen I 20 een verminderde schade na blootstelling aan straling van hoge energie I in vergelijking met scintillatoren, die niet door middel van de werk- I wijze van de uitviiiding zijn uitgegloeid.

De uitvinding kan beter worden begrepen door gebruik te maken I van de volgende niet-beperkende definities.

I 25 De termen "fosfor" en "scintillator" worden op een onderling I uitwisselbare wijze gebruikt teneinde een vaste-toestand luminescerend I materiaal, dat zichtbaar licht in reactie op stimulatie door middel I van straling van hoge energie, zoals X-, β- of γ-straling, uitzendt, I te definiëren.

I 30 De term "straling van hoge energie” betekent elektromagnetische straling met een energie hoger dan die van ultraviolette straling, I waaronder doch niet daartoe beperkt X-straling (hierin ook wel met I röntgenstraling aangeduid), gamma(γ)straling en bèta(β)straling.

I Vaste-toestand scintillatormaterialen worden gewoonlijk gebruikt als I 35 componenten van stralingsdetectoren'in toestellen, zoals tellers, beeldintensiveerders en computertomografie("CT")scanners.

I De term "stralingsschade" verwijst naar de karakteristiek van een luminescerend materiaal, waarin de kwantiteit van door het lumi- I nescerende materiaal in reactie op een gegeven intensiteit van stimu- I 1027265 - 9 - lerende straling uitgezonden licht verandert nadat het materiaal is blootgesteld aan een stralingsdosis van hoge energie. De term "stra-lingsschade" kan ook de verandering van scintillatorrendement als gevolg van in de scintillator door de stralingsdosis gecreëerde defecten 5 beschrijven.

Zoals hierin gebruikt, is de term "lichtafgifte" de hoeveelheid door de scintillator uitgezonden zichtbaar licht nadat deze door een puls van straling van hoge energie, zoals röntgenstraling en dergelijke, is geactiveerd.

10 De term "nagloeiing" is het door de scintillator op een gedefi nieerd tijdstip nadat de activering door middel van röntgenstraling is beëindigd uitgezonden licht, aangegeven als een percentage van het uitgezonden licht terwijl de scintillator door de röntgenstraling wordt geactiveerd.

15 De term "vervaltijd", "primair verval" of "primaire snelheid" is de tijd, die is vereist om de intensiteit van het uitgezonden licht te doen dalen tot ongeveer 36,8% (of 1/e) van de lichtintensiteit op het moment dat de activering door middel van hoge energie wordt beëindigd.

20 De term "blokkeringsvermogen" verwijst naar de mogelijkheid van een materiaal om röntgenstraling te absorberen; dit wordt gewoonlijk ook wel verzwakking*of absorptie genoemd. Een materiaal met een hoog blokkeringsvermogen staat weinig of geen röntgenstraling toe om daar doorheen te gaan. Het blokkeringsvermogen is evenredig aan de dicht-25 heid van de scintillator en de daarin opgenomen elementen. Het is dus gunstig om scintillatoren, die een hoge dichtheid hebben, te produceren.

Volgens één aspect omvat de uitvinding dus een werkwijze voor het prepareren van een terbium of lutetium bevattende garnetscintilla-30 tor met een verhoogde weerstand tegen door straling geïnduceerde veranderingen in scintillatorrendement, omvattende het uitgloeien van een garnetscintillator in een geregelde atmosfeer, die een voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof omvat, gedurende een voorafbepaalde tijd en bij een voorafbepaalde temperatuur, zodat de uitgegloeide scintillator een 35 kleinere door straling geïnduceerde Verandering in rendement van sig-naalopwekking omvat dan eenzelfde scintillator, die niet door middel van uitgloeiing is behandeld, waarin de garnetscintillator ten minste één metaal geselecteerd uit de uit terbium (Tb) en lutetium (Lu) bestaande groep omvat, en is geactiveerd met ten minste één zeldzame- 1027265 I -ιο ί aarde-element geselecteerd uit de uit Ce, Pr, Nd, Sn, Eu, Dy, Ho, Er I en Tm bestaande groep, waarbij de scintillator in staat is om in reac- I tie op activering door middel van straling van hoge energie, waaronder I X-, β- of y-straling, zichtbaar licht uit te zenden.

I 5 Volgens een ander aspect omvat de uitvinding een scintillator I met een verhoogde weerstand tegen door straling geïnduceerde veran- deringen in scintillatorrendement, omvattende een garnetscintillator, die in staat is om in reactie op activering door middel van straling I van hoge energie, waaronder X-, β- of γ-straling, zichtbaar licht uit I 10 te zenden, waarbij de scintillator ten minste één metaal geselecteerd I uit de uit terbium (Tb) en lutetium (Lu) bestaande groep omvat, en is I geactiveerd met ten minste één zeldzame-aarde-element geselecteerd uit de uit Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande groep, en waar- I bij de scintillator is uitgegloeid in een geregelde atmosfeer, die een I 15 voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof omvat, gedurende een voorafbepaal- I de tijd en bij een voorafbepaalde temperatuur, zodat de uitgegloeide I scintillator een kleinere door straling geïnduceerde verandering in rendement omvat dan eenzelfde scintillator, die niet door middel van I de uitgloeiing is behandeld.

I 20 Volgens nog een ander aspect omvat de uitvinding een detector- I element van een röntgen-CT-scanner, omvattende een scintillator met I een verhoogde weerstand tegen door straling geïnduceerde veranderingen I in scintillatorrendement, omvattende een garnetscintillator, die in I staat is om in reactie op activering door middel van straling van hoge I 25 energie, waaronder X-, β- of γ-straling, zichtbaar licht uit te zen- I den, waarbij de scintillator ten minste één metaal geselecteerd uit de uit terbium (Tb) en lutetium (Lu) bestaande groep omvat, en is geacti- I veerd met ten minste één zeldzame-aarde-element geselecteerd uit de I uit Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande groep, en waarbij I 30 de scintillator is uitgegloeid in een geregelde atmosfeer, die een I voorafbepaalde hoeveelheid zuurstof omvat, gedurende een voorafbepaal- I de tijd en bij een voorafbepaalde temperatuur, zodat de uitgegloeide I scintillator een kleinere door straling geïnduceerde verandering in rendement omvat dan eenzelfde scintillator, die niet door middel van m 35 de uitgloeiing is behandeld.

In een uitvoeringsvorm is de scintillator verschaft door middel van sintering. Wanneer de scintillator door middel van sintering is I geprepareerd, kan de garnetscintillator een polykristallijne scintil- I lator, zoals een keramische scintillator of dergelijke omvatten.

I 1027265 t t - 11 -

Als alternatief kan de scintillator door middel van een kris-talaangroeiproces worden verschaft. Wanneer de scintillator door middel van een kristalaangroeiproces is verschaft, kan de scintillator ten minste één geïsoleerd enkel-kristal omvatten.

5 De uitgloeiing wordt uitgevoerd in een geregelde (d.w.z. gede finieerde) atmosfeer. In het algemeen vindt de uitgloeiing plaats in de aanwezigheid van zuurstof. In enkele configuraties omvat de geregelde zuurstofatmosfeer een partiële zuurstofdruk in het bereik van ongeveer 1x10"“ tot ongeveer 1 atm. In enkele configuraties omvat de 10 geregelde zuurstofatmosfeer een partiële zuurstofdruk in het bereik van ongeveer lxlO’13 tot ongeveer 1 atm.Ook omvat de geregelde zuurstofatmosfeer in enkele configuraties een partiële zuurstofdruk in het bereik van ongeveer 1x10"® tot ongeveer 0,5 atm. Ook omvat de geregelde zuurstofatmosfeer in enkele configuraties een partiële zuurstofdruk in 15 het bereik van ongeveer 1x10"* tot ongeveer 0,22 atm.

In enkele configuraties omvat de uitgloeitemperatuur een bereik van 1000eC tot 1500eC of in enkele configuraties omvat de uitgloeitemperatuur een bereik van 1400°C tot 1500°C.

De stap van het uitgloeien kan worden uitgevoerd tijdens de 20 normale koelstap, die optreedt na het bakken van het scintillatormate-riaal. Als alternatief kan het uitgloeien worden uitgevoerd op een scintillator, die reeds tot kamertemperatuur is afgekoeld (d.w.z., door middel van opnieuw verhitten). De tijdsperiode voor uitgloeien kan in enkele configuraties een bereik van 0,5 tot 12 uren omvatten, 25 of in enkele configuraties omvat de tijdsperiode voor uitgloeien een bereik van 1 tot 8 uren of in enkele configuraties van 1 tot 4 uren.

In enkele configuraties wordt de scintillator tot kamertemperatuur af gekoeld na de stap van het uitgloeien. In enkele configuraties varieert de snelheid van afkoeling tussen 150°C en 500°C per uur en in 30 enkele configuraties wordt een koelsnelheid van ongeveer 300°C per uur gebruikt.

In enkele configuraties bevat de uitvinding de toepassing van uitgloeiing in de aanwezigheid van zuurstof als een manier om de gevoeligheid van met zeldzame aarde (bijv. cerium, praseodymium en/of / 35 neodymium) geactiveerde terbium of lUtetium bevattende garnetscintil-latoren voor door straling geïnduceerde schade te verlagen. De met zeldzame aarde geactiveerde terbium of lutetium bevattende garnetscin-tillatoren zijn gunstig vanwege hun relatief grote vervalsnelheden die 1027265 I - 12 - I CT-systemen met een kortere aftasttijd mogelijk maken, zoals hierin is I toegelicht.

I In een uitvoeringsvorm verandert de uitgloeistap het zuurstof- I gehalte van de scintillator. Hoewel de exacte hoeveelheid van de ver- 5 andering moeilijk is te kwantificeren, wordt er verondersteld, dat een I kleine verandering in zuurstofstoïchiometrie kan optreden na behande- I ling van de garnetscintillatoren door middel van de werkwijze volgens I de uitvinding.

I In een uitvoeringsvorm omvat de scintillator voorafgaande aan I 10 de uitgloeistap de formule (Tbx^Ce,)^,^, waarin D ten minste één me- I taal geselecteerd uit de uit Al, Ga en In bestaande groep is; a ligt I in een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1; y ligt in een bereik I van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in een bereik van onge- veer 4 tot en met 5,1.

I 15 In een andere uitvoeringsvorm omvat de scintillator de formu- I le (Lui-yCe,),D,0i2; waarin D ten minste één metaal geselecteerd uit de I uit Al, Ga en In bestaande groep is; a ligt in een bereik van ongeveer I 2,8 tot en met 3,1; y ligt in een bereik van ongeveer 0,0005 tot en I met 0,2; en z ligt in een bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1, voor- I 20 afgaande aan uitgloeiing.

I In nog een andere uitvoeringsvorm omvat de scintillator de I formule (Gj-a-jAJREyTaDtOu; waarin G ten minste één metaal geselecteerd uit de uit Tb en Lu bestaande groep is; A ten minste één zeldzame-aar- demetaal geselecteerd uit de uit Y, La, Gd, Lu en Yb bestaande groep I 25 is wanneer G Tb is, en geselecteerd uit de uit Y, La, Gd, Tb en Yb be- staande groep wanneer G Lu is; RE ten minste één zeldzame-aardemetaal I geselecteerd uit de uit Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande I groep is; waarin D ten minste één metaal geselecteerd uit de uit Al,

Ga en In bestaande groep is; a ligt in een bereik van ongeveer 2,8 tot I 30 en met 3,1; x ligt in een bereik van 0 tot en met 0,5; y ligt in een I bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in een bereik van I ongeveer 4 tot en met 5,1, voorafgaande aan uitgloeiing.

I In enkele configuraties geldt bovendien, Ά is Lu, RE is Ce en D

I is Al. In enkele configuraties omvat de scintillator bovendien de for- 35 mule (Tbi^Ce,) JÜ.5O13, waarin y ligt in een bereik van ongeveer 0,0005 I tot en met 0,2, en a ligt in het bereik van ongeveer 2,8 tot en met I 3,1, voorafgaande aan uitgloeiing. In nog een andere uitvoeringsvorm omvat de scintillator de formule (Tbx^LUxCey) «AlsOu, waarin a ligt in I een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1; x ligt in een bereik van 0 I 1027265 - 13 - tot en met 0,5; y ligt in een bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2, voorafgaande aan uitgloeiing. In enkele configuraties omvat de scintillator bovendien de formule (Tbi-^Lu^Ce,) 3Al50i2; waarin 0<x<0,5 en y ligt in een bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2; voorafgaande 5 aan uitgloeiing.

In enkele configuraties voor de hierboven beschreven scintilla-toren ligt a in een bereik van 2,9 tot en met 3,05. Bovendien ligt in enkele configuraties x in een bereik van 0 tot en met 0,3 en ligt x in enkele andere configuraties in het bereik van 0 tot en met 0,2. In en-10 kele configuraties ligt y bovendien in het bereik van 0,005 tot en met 0,1 en in enkele andere configuraties ligt y in het bereik van 0,005 tot en met 0,007. In enkele configuraties ligt z bovendien in het bereik van 4,5 tot en met 5,05 en in enkele andere configuraties ligt z in het bereik van 4,6 tot en met 5,0.

15 In verschillende uitvoeringsvormen heeft de garnetscintillator de formule (Tbi.7Cey)3(Al1.s-*GarIna)B012, waarin y ligt in het bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2 en z ligt in het bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1, en 0<r<0,5 wanneer 0<s<0,5 en r+s<l, of 0<r<0,5 wanneer 0<s<0,5 en r+s<l, voorafgaande aan uitgloeiing.

20 In andere uitvoeringsvormen heeft de garnetscintillator de for mule (Tbi^^v^CeyYnGdvSm.) 3AlsOi2, waarin y ligt in het bereik van ongeveer 0,0005 tot en !het 0,2; en z ligt in het bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1, 0<u,v,w<0,5 en 0,0005<y+u+v+w<l, voorafgaande aan uitgloeiing. In sommige van deze uitvoeringsvormen geldt w=0.

25 In nog andere uitvoeringsvormen omvat de door middel van de uitgloeiing volgens de uitvinding behandelde scintillator met Ces,, ionen geactiveerd Luo,eTb2,aAlsOu·

Zoals hierin is beschreven, kan de scintillator van de uitvinding een polykristallijne gesinterde scintillator omvatten of kam deze 30 de vorm van enkel-kristallen hebben. Voor een polykristallijne gesinterde scintillator wordt de scintillator in enkele configuraties van de uitvinding als volgt geprepareerd: (1) verschaffen van hoeveelheden van: / 35 (a) zuurstof bevattehde verbindingen van ten minste één eerste metaal geselecteerd uit de uit terbium en lutetium bestaande groep; (b) zuurstof bevattende verbindingen van ten minste één zeldzame-aardemetaal geselecteerd uit de uit 1027265 I - 14 -

Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande I groep; I (c) zuurstof bevattende verbindingen van ten minste I een tweede metaal, geselecteerd uit de uit Al, Ga I 5 en In bestaande groep; I (2) het met elkaar mengen van de zuurstof bevattende I verbindingen om een mengsel te vormen; en I (3) het bakken van het mengsel door middel van calcinering I bij een temperatuur en gedurende een tijd, die voldoende I 10 zijn om het mengsel in een met zeldzame aarde geactiveer- I de garnetscintillatorsamenstelling om te zetten; I waarin de hoeveelheden van zuurstof bevattende verbindingen worden ge- I kozen om de uiteindelijk gewenste samenstelling van de scintillator te 15 verkrijgen.

I De stap van het bakken om een garnetscintillator (calcineren) I te genereren kan een temperatuur, die varieert van 700eC tot ongeveer I 1500°C of in enkele configuraties van 800°C tot ongeveer 1200°C of in enkele andere configuraties van ongeveer 850°C tot ongeveer 1150°C om- I 20 vatten.

I In een uitvoeringsvorm worden de gemengde zuurstof bevattende I verbindingen in een’'compacte vorm gebracht, welke vorm een scintilla- I torlichaam van de gewenste vorm omvat, ofwel voorafgaande aan of na de I stap van het bakken door middel van calcineren (stap (3)). Het lichaam I 25 wordt vervolgens gesinterd bij hoge temperatuur om de poreusheid van I de compacte vorm te minimaliseren. In enkele configuraties omvat de I stap van het sinteren van de compacte vorm het bij een hoge tempera- I tuur verhitten van de samengeperste compacte vorm. De sinteringstempe- I ratuur varieert in enkele configuraties van 1500°C tot 1800°C. In en- I 30 kele andere configuraties variëren de sinteringstemperaturen van I 1600°C tot 1780°C en in nog enkele andere configuraties worden sinte- I ringstemperaturen, die variëren van 1675°C tot 1775°C, gebruikt.

Stralingsschade (RD) kan worden gekwantificeerd door middel van het meten van verandering in de intensiteit van de lichtafgifte voor I 35 en na een stralingsdosis van hoge energie, waarin Iz de begin(voor- I stralingsdosis)intensiteit van de lichtafgifte en I* de eind(nastra- I lingsdosis)intensiteit van de lichtafgifte is. De procentuele stra- I lingsschade is dus (%RD) e [(If - Ιχ)/Ιχ] x 100. Er kan worden opge- I merkt, dat een toename in lichtafgifte na een stralingsbehandeling van I 1027265 I t - 15 - hoge energie een positieve RD-waarde omvat en een afname in lichtaf-gifte na de stralingsbehandeling een negatieve RD-waarde omvat. Des te dichter de RD-waarde bij nul (negatief of positief) ligt, des te beter reageert de scintillator echter op straling van hoge energie zonder 5 een verandéring in rendement. In het algemeen verdienen RD-waarden, die variëren van +2 tot -2%, de voorkeur, waarbij waarden van +1 tot -1% meer de voorkeur verdienen, en waarden van +0,5 tot -0,5% nog meer de voorkeur verdienen.

De uitvinding beschrijft dus de toepassing van uitgloeien in 10 een voorafbepaalde atmosfeer om de gevoeligheid voor stralingsschade van een scintillatormateriaal te verminderen. De uitvinding verschaft met zeldzame aarde geactiveerde scintillatoren, die een garnetstruc-tuur hebben en die terbium en/of lutetium bevatten. De uitvinding verschaft het verrassende resultaat, dat uitgloeien in een gedefinieerde 15 zuurstofatmosfeer kan worden toegepast op polykristallijne scintillatoren of een enkel-kristalvorm van de-scintillator als een middel voor het verhogen van de weerstand van de scintillator tegen stralingsschade. De vondst dat uitgloeien kan worden gebruikt om stralingsschade in enkel-kristallen te verminderen wordt niet verwacht in het licht van 20 het bekende slechte diffusievermogen van zuurstof in enkel-kristalvormen van dergelijke scintillatoren.

Stralingsschade aan scintillatoren verandert het rendement van de scintillator om activeringsstraling van hoge energie in een meetbaar signaal om te zetten. Het is dus belangrijk om scintillatoren te 25 ontwikkelen, welke scintillatoren bestand zijn tegen stralingsschade, zodat de gevoeligheid van de scintillator voor activerende straling in hoofdzaak constant blijft over een lange gebruiksperiode. Stabiliteit en reproduceerbaarheid van de lichtafgifte van een scintillator is kritisch in vele toepassingen. Bijvoorbeeld kan stralingsschade leiden 30 tot "geestbeelden" afkomstig van voorgaande aftastingen, die daardoor de beeldresolutie verminderen. Omdat de variatie in scintillatorres-ponsie, die optreedt na stralingsschade, sterk variabel is, is het moeilijk om kwantitatieve correctiemaatregelen te ontwikkelen. De hoeveelheid en variatie in scintillatorrendement, die resulteert na rönt- / 35 genstralingsschade, is in het algeméén ongewenst in een kwantitatieve röntgenstralingsdetector en beperkt de toepasbaarheid van dergelijke beeldvormingstechnieken.

In enkele gevallen kan stralingsschade worden bestuurd door middel van homogene dotering van scintillatoren met elementen, die de 1027265 I - 16 - I concentratie van voor een veranderend scintillatorrendement verant- I woordelijke defecten (kleurcentra) verminderen. Er is bovendien aange- I toond, dat voor een kleine klasse van (Y,Gd)203:Eu keramische scintil- I latoren, het variëren van de zuurstofatmosfeer tijdens sintering de I 5 schadekarakteristieken beïnvloedt (U.S. octrooi nr. 4,783,596). Dit I beschermende effect bleek echter slechts voor een beperkte klasse van I met zeldzame aarde gedoteerde yttriumoxide-gadoliniumoxide scintilla- I tormaterialen te werken (U.S. octrooi nr. 4,783,596).

I Stralingsschade veroorzaakt defecten in de scintillator, welke I 10 defecten vervolgens het scintillatorrendement voor een specifieke I stralingsdosis kunnen wijzigen. Dergelijke defecten zijn gewoonlijk kleurcentra, die een elektronische structuur hebben, welke elektroni- I sche structuur optische absorptiebanden bij de scintillatoremissie- golflengten oplegt. De bindingsenergie van het kleurcentrum bepaalt de I 15 levensduur van de schade, maar in het algemeen is deze energie vol- I doende groot, dat de schade van seconden tot dagen bij kamertempera- I tuur kan aanhouden.

I Het is moeilijk om rekening te houden met de effecten van stra- lingsschade bij gebruik van scintillatoren voor radiografische beeld- I 20 vorming en het is dus wenselijk om scintillatoren, die een minimale verandering in rendement na blootstelling aan straling van hoge ener- I gie vertonen, te ontwikkelen. Stralingsschade wordt experimenteel ge- I karakteriseerd door middel van het blootstellen van de scintillator aan een relevante stralingsdosis en het meten van de verandering in I 25 lichtafgifte voor en na blootstelling aan de stralingsdosis. Het her- I stel kan als een functie van de tijd na het einde van de beschadi- I gingspuls worden uitgezet. Dergelijke informatie kan worden gebruikt I om stralingsschade als gevolg van kleurcentrumabsorptie of andere de- I fectcentra, die het activatoremissierendement verlagen, te onderschei- I 30 den, maar deze informatie is niet in het bijzonder informatief bij het I voorspellen van de wijze waarop een bepaalde scintillator zal reageren wanneer deze in klinische omstandigheden wordt gebruikt.

I Bovendien zijn verschillende factoren belangrijk om het effect I van stralingsschade op de scintillatorfunctie te kwantificeren. Voor 35 nauwkeurige metingen is het belangrijk om variaties in de de meetpul- I sen creërende bron te compenseren. Bovendien dienen scintillatoren met I een sterke nagloeiing te worden gecompenseerd voor restnagloeiing van de stralingsdosis. Aangezien de absorptie van het seintillatielicht I afhangt van de weglengte in het kristal, kan de gemeten schade boven- I 1027265 - 17 - dien afhangen van de scintillatorgeometrie, zoals kristaldikte en -transparantheid. Hoewel de stralingsschade typisch het scintillator-rendement verlaagt, zijn er ook enkele gevallen, bijv. CsI:TI scintil-latoren, waarin het rendement toeneemt. Hoewel niet volledig begrepen, 5 wordt er verondersteld, dat een dergelijk verhoogd rendement het gevolg kan zijn van de modificatie of neutralisatie van defectcentra, die anders het rendement van een scintillator zouden verminderen.

De uitvinding verschaft met zeldzame aarde geactiveerde scin-tillatoren, die een garnetstructuur hebben en terbium en/of lutetium 10 bevatten. De scintillatoren van de uitvinding reageren op activering door middel van hoge energie, zoals röntgenstraling, en hebben een grote lichtafgifte, een verminderde nagloeiing, een korte vervaltijd en een hoog röntgenstralingsblokkeringsvermogen. Een grotere lichtafgifte is gunstig aangezien een lagere hoeveelheid van hoge active-15 ringsenergie is vereist. De patiënt wordt dus blootgesteld aan een lagere dosis straling van hoge energie. Een verminderde nagloeiing is gunstig aangezien het beeld scherper is en vrij is van beeldartefac-ten, die soms met de term "geestbeelden" worden aangeduid. Een kortere vervaltijd verdient de voorkeur aangezien de aftasttijd kan worden 20 verminderd, hetgeen resulteert in een efficiënter gebruik van het CT-systeem. Een hoger blokkeringsvermogen verdient de voorkeur aangezien een kleinere hoeveelheid scintillator benodigd is. Dunnere detectoren zijn dus mogelijk, hetgeen resulteert in lagere vervaardigingskosten. Weinig stralingsschade is gunstig aangezien de gevoeligheid van de 25 scintillator voor activerende straling in hoofdzaak constant blijft over een lange gebruiksduur.

De uitvinding verschaft een gametscintillator, die efficiënt te activeren is door middel van röntgenstraling en die op efficiënte wijze licht in het zichtbare gebied uitzendt, welk licht een breed 30 spectrum van blauw tot rood (van ongeveer 500 nm tot ongeveer 770 nm) heeft. De scintillator heeft een emissiepiek in het groen-tot-geel gebied (van ongeveer 540 nm tot ongeveer 600 nm), welk gebied het gebied van maximale gevoeligheid van röntgenbeeldintensiveerders en foto-detectoren bevat.

35 De scintillator van de uitvinding is een met zeldzame aarde ge activeerde gamet, die terbium en/of lutetium bevat en een algemene formule (Gi^-yAxREy) ,DBOi2 heeft, waarin G ten minste één metaal geselecteerd uit de uit Tb en Lu bestaande groep is; A één element geselecteerd uit de uit Y, La, Gd, Lu en Yb bestaande groep is wanneer G Tb 10272.65 I - 18 - I is, en geselecteerd uit de uit Y, La, Gd, Tb en Yb bestaande groep is I wanneer G Lu is; RE ten minste één element geselecteerd uit de uit Ce, I Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande groep is; D ten minste één element geselecteerd uit de uit Al, Ga en In bestaande groep is; a I 5 ligt in een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1, in enkele configu- I raties van ongeveer 2,9 tot en met 3,05; x ligt in en bereik van 0 tot I en met 0,5, in enkele configuraties van 0 tot ongeveer 0,3 en in en- I kele andere configuraties van 0 tot ongeveer 0,2; en y ligt in een I bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2, in enkele configuraties van I 10 ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,1, en in enkele andere configuraties van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,07; en z ligt in een bereik van ongeveer I 4 tot en met 5,1, in enkele configuraties van 4,5 tot en met 5,05, en I in enkele andere configuraties van ongeveer 4,6 tot en met 5.

I In een andere uitvoeringsvorm is de scintillator een met cerium I 15 geactiveerde terbiumaluminiumgarnet met de formule (Tbi-TCer)aAls0i2r I waarin y ligt in een bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2, in en- kele configuraties van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,1 en in enkele I andere configuraties van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,07; en a ligt in het bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1, en in enkele configura- I 20 ties van ongeveer 2,9 tot en met 3,05.

I In een andere uitvoeringsvorm is terbium gedeeltelijk vervangen I door lutetium en he%ft de scintillator de formule (Tbi^t-yLUsCey) «hlsOu, I waarin a ligt in een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1, in enkele configuraties van ongeveer 2,9 tot en met 3,05; x ligt in een bereik 25 van 0 tot en met 0,5, in enkele configuraties van 0 tot ongeveer 0,3, I en in enkele andere configuraties van 0 tot ongeveer 0,2; en y ligt in I een bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2, in enkele configuraties B van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,1, en in enkele andere configuraties B van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,007.

B 30 In nog een andere uitvoeringsvorm heeft de scintillator de for- B mule (Tbx-aLUaCey) waarin 0<x<0,5 en y ligt in een bereik van on- B geveer 0,0005 tot en met 0,2, in enkele configuraties van ongeveer B 0,005 tot ongeveer 0,01, en in enkele andere configuraties van onge- B veer 0,005 tot ongeveer 0,07.

B 35 In een andere uitvoeringsvorm' is aluminium gedeeltelijk vervan- B gen door gallium, indium of een combinatie daarvan. In dit geval heeft B de scintillator de formule (Tbi^Cey)3(Ali.s.sGarIne)aOu, waarin y ligt in B het bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2, in enkele configuraties B van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,1, en in enkele andere configuraties I 1027265 - 19 - van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,07; en z ligt in het bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1 in enkele configuraties van 4,5 tot en met 5,05, en in enkele andere configuraties van ongeveer 4, 6 tot en met 5, en 0<r<0,5 wanneer 0<s<0,5 en r+s<l, of 0<r<0, 5, wanneer 0<s<0,5 en 5 r+s<l. In enkele configuraties ligt r in een bereik van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,3 en in enkele andere configuraties van 0,05 tot ongeveer 0,2; en ligt s in enkele configuraties in een bereik van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,3 en in enkele andere configuraties van ongeveer 0,05 tot ongeveer 0,2.

10 Ook kan terbium gedeeltelijk vervangen worden door één van Y,

Gd, Sm of een combinatie daarvan en wordt aluminium niet vervangen. In dit geval heeft de scintillator de formule (Tbi^^v-^:e,YaGd»Sm,) sAleOu# waarin y ligt in het bereik van ongeveer 0,0005 tot ongeveer 0,2, in enkele configuraties van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,1, en in enkele 15 andere configuraties van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,07; en z ligt in het bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1, in enkele configuraties van ongeveer 4,5 tot en met 5, en in enkele andere configuraties van ongeveer 4,6 tot en met 5, 0<u,v,w<0,5 en 0,0005<y+u+v+w<l. In enkele configuraties liggen u, v en w elk in een bereik van ongeveer 0,005 20 tot ongeveer 0,3 en in enkele configuraties van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,1. In enkele van deze uitvoeringsvormen geldt w=0.

In nog andefe uitvoeringsvormen heeft de scintillator de formule (Tbi-x^AxCey) 3Ά1.0ΐ2, waarin A Y of Gd is, 0<x<0,5 en y ligt in het bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2, in enkele configuraties van 25 ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,1, en in enkele andere configuraties van ongeveer 0,005 tot ongeveer 0,07; en z ligt in het bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1, in enkele configuraties van ongeveer 4,5 tot en met 5, en in enkele andere configuraties van ongeveer 4,6 tot en met 5.

Een scintillatorsamenstelling van de uitvinding kan worden ge-30 prepareerd door middel van een droge of natte synthesewerkwijze. Een voor detectie van straling van hoge energie, zoals X-, β- of γ-stra-ling, bruikbare scintillator volgens de uitvinding wordt geproduceerd door middel van een droge synthesewerkwijze, omvattende de stappen van: (1) het verschaffen van hoeveelheden van zuurstof bevattende ver- / 35 bindingen van ten minste één eerste' metaal, geselecteerd uit de uit terbium en lutetium bestaande groep; zuurstof bevattende verbindingen van ten minste één zeldzame-aardemetaal geselecteerd uit de uit Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm en Yb bestaande groep; en zuurstof bevattende verbindingen van ten minste één tweede metaal geselec- 1027 2.65 I - 20 - I teerd uit de uit Al, Ga en In bestaande groep; waarbij de hoeveelheden I van zuurstof bevattende verbindingen zodanig worden geselecteerd, dat I de uiteindelijke samenstelling van de scintillator wordt verkregen; I (2) het met elkaar mengen van de zuurstof bevattende verbindingen om I 5 een mengsel te vormen; (3) het bakken (calcineren) van het mengsel bij I een temperatuur en gedurende een tijd, die voldoende zijn om het meng- I sel in een door middel van zeldzame aarde geactiveerde terbium bevat- I tende garnetscintillator om te zetten, en eventueel het samenpersen van het mengsel tot een scintillatorlichaam van de gewenste vorm; (4) I 10 het sinteren van het samengeperste poeder bij een temperatuur en gedu- I rende een tijd, die voldoende zijn om poreusheid te verwijderen en een I doorschijnende of doorzichtige wafel te produceren; en (5) het in een I geregelde zuurstof bevattende atmosfeer uitgloeien van de scintillator I gedurende een voorafbepaalde tijd en bij een voorafbepaalde tempera- I 15 tuur, zodat de uitgegloeide scintillator een kleiner door straling I geïnduceerd rendementsverlies heeft dan eenzelfde scintillator, die I niet door middel van de uitgloeiing is behandeld.

I De zuurstof bevattende verbindingen kunnen met elkaar worden I gemengd door middel van een mechanische werkwijze, bevattende doch I 20 niet daartoe beperkt, roeren of mengen in een snelle menginrichting of I een lintmenginrichting. De zuurstof bevattende verbindingen kunnen sa- I men worden gecombineerd en gepulveriseerd in een kommaalinrichting, I een hamermaalinrichting of een straalmaalinrichting. Het mengen kan worden uitgevoerd door middel van een natte maalwerking, in het bij- I 25 zonder wanneer het mengsel van de zuurstof bevattende verbindingen in I een oplossing voor daaropvolgende precipitatie dient te worden ge- I bracht. Indien het mengsel nat is, kan dit eerst worden gedroogd voor- I afgaande aan het bakken daarvan.

I In enkele uitvoeringsvormen kunnen dus drie afzonderlijke ver- I 30 hittingsstappen (calcineren, sinteren en uitgloeien) worden gebruikt I om een scintillator volgens de uitvinding te prepareren. Afhankelijk I van de reactiviteit van het uitgangspoeder kan calcineren verschillen- I de temperatuurbereiken omvatten. Voor een poedervormig scintillatie- I middel, kan het calcineren een temperatuur van ongeveer 700°C tot on- I 35 geveer 1500°C omvatten, in enkele configuraties van ongeveer 800eC tot

I ongeveer 1200°C, en in enkele andere configuraties van ongeveer 850°C

I tot ongeveer 1150°C, gedurende een tijd, die voldoende is om het gehe-

I le mengsel in de uiteindelijke garnetsamenstelling om te zetten. Voor I

I het compacte (compact lichaam) scintillatiemiddel, kan het sinteren I 1027265 - 21 - een temperatuur van ongeveer 1500eC tot ongeveer 1800°C, in enkele configuraties van ongeveer 1600°C tot ongeveer 1780°C en in enkele andere configuraties van ongeveer 1675eC.tot ongeveer 1775eC omvatten gedurende een tijd, die voldoende is om het gehele mengsel in de uit-5 eindelijke garnetsamenstelling om te zetten. Zoals hierin beschreven, omvat het uitgloeien het verhitten van de scintillator in een gedefinieerde zuurstofatmosfeer gedurende een voorafbepaalde tijd bij 1000°C tot ongeveer 1500°C, in enkele configuraties van ongeveer 1400°C tot ongeveer 1500°C.

10 Voor de natte synthesewerkwijze kan het drogen worden uitge voerd bij atmosferische of subatmosferische druk in lucht of onder invloed van een stroming van een geschikt gas, waaronder inerte gassen en mengsels van lucht en inerte gassen, bij een temperatuur, die voldoende is om een gedeelte van of in hoofdzaak het gehele oplosmiddel, 15 dat in het natte maalproces is gebruikt, te verwijderen. Het bakken (calcineren) kan worden uitgevoerd in een partijgewijs of continu proces, in enkele configuraties met een roer- of mengwerking om een goed contact tussen gas en vaste stof te bevorderen, of in enkele configuraties zonder een roer- of mengwerking. De baktijd hangt af van de 20 kwantiteit van het te bakken mengsel, de snelheid van het door de bak-inrichting geleide gas en de kwaliteit van het contact tussen het gas en de vaste stof in* de bakinrichting. Typisch is een baktijd van maximaal ongeveer 10 uur voldoende.

Het poeder kan met de toevoeging van een bindmiddel tot een 25 groenelement worden gegoten, vervolgens wordt het bindmiddel volledig gepyrolyseerd tussen 500°c en 1100°C, vervolgens verder gesinterd bij een temperatuur in het bereik van ongeveer 1500°C tot ongeveer 1800°C om de dichtheid van het element te vergroten. In enkele uitvoeringsvormen wordt het scintillatormateriaal samengeperst tot een compacte 30 vorm, omvattende een scintillatorlichaam van de gewenste vorm. Het lichaam wordt vervolgens bij hoge temperatuur gesinterd om de poreusheid van de compacte vorm te minimaliseren. In enkele configuraties omvat de stap van het sinteren van het compacte scintillatorlichaam het verhitten van de samengeperste compacte vorm bij hoge temperatuur. 35 Voor het bakken van een compacte vorm, varieert de temperatuur in enkele configuraties van 1500°C tot 1800°C. In enkele andere configuraties variëren de temperaturen van 1600°C tot 1780°C en in bepaalde configuraties worden temperaturen van 1675°C tót 1775°C gebruikt.

1027 2.65

Η I

I - 22 - I

I Na de stap van het bakken (d.w.z., sinteren), wordt uitgloeiing I

I in een gedefinieerde zuurstofatmosfeer uitgevoerd. De uitgloeiing kan I

I plaatsvinden terwijl de scintillator nog heet is van het bakken (als I

I een gedeeltelijke koeling in combinatie met uitgloeien). Als alterna- I

I 5 tief kan de uitgloeiing worden uitgevoerd op scintillatoren, die reeds I

I zijn afgekoeld, door middel van het opnieuw verhitten van de scintil- I

I lator naar 1000°C tot 1500°C, of in enkele configuraties van 1400*C I

I tot 1500°C, in aanwezigheid van zuurstof. De partiële zuurstofdruk

I tijdens het uitgloeien kan variëren van 1 x 10'19 atm. tot en met I

I 10 1 atm., in enkele configuraties van 1 x 10~u atm. tot en met 1 atm.,

I in enkele andere configuraties van 1 x 10'* atm. tot en met 0,5 atm. I

en in nog enkele andere configuraties van 1 x 10~* atm. tot en met

0,22 atm. In een uitvoeringsvorm wordt de scintillator na de uitgloei- I

I stap afgekoeld tot kamertemperatuur.

I 15 Een aan de scintillatoren van de uitvinding gegeven bepaalde I

I uitgloeibehandeling verschaft dus een verhoogde weerstand tegen stra- I lingsschade en kan op een eenvoudige alsmede directe wijze worden uit- I gevoerd. Wanneer de sintering gewoonlijk wordt verkregen door middel van het verhitten van een samengeperste compacte vorm van de metaal- I 20 oxide-ingrediënten van hoge zuiverheid bij temperaturen in het bereik I van 1600°C tot 1800°C, kan de uitgloeiing worden verkregen terwijl het I gesinterde materiaal tot omgevingsomstandigheden wordt gekoeld. Een dergelijke uitgloeiingsmodificatie vereist eenvoudig, dat het gesin- I terde materiaal wordt gekoeld in het temperatuursbereik van ongeveer I 25 1500°C tot 1000°C gedurende verschillende uren in een geregelde, zuur- I stof bevattende atmosfeer bij partiële zuurstofdrukken tussen ongeveer I lx 10-1> tot 1 atmosfeer. Als alternatief kan een geschikte uitgloei- I ing worden verkregen door middel van het opnieuw verhitten van het I reeds gesinterde keramische materiaal tot de bovenste uitgloeitempera- I 30 tuur (1500°C) gedurende enkele uren in de geschikte atmosfeer en door I het daarna koelen van het keramische materiaal met een typische koel- I snelheid. Bijvoorbeeld bedraagt een typische koelsnelheid in een uit- I voeringsvorm 150°C tot 500°C per uur. Bij voorkeur bedraagt de koel- I snelheid ongeveer 300°C per uur. Een geschikte atmosfeer voor beide

H

35 typen van uitgloeistappen kan worden verschaft met een inert gas, zo- I als argon, dat de vereiste partiële zuurstofdrukken bevat. Bovendien I kunnen ook pure zuurstof en lucht gehandhaafd in subatmosferische om- I standigheden worden gebruikt.

I 1027265 - 23 -

In een uitvoeringsvorm wordt polykristallijn scintillatormate-riaal onderworpen aan uitgloeiing in een gedefinieerde zuurstofatmos-feer. Als alternatief kunnen enkel-kristallen worden uitgegloeid in een zuurstofatmosfeer om daardoor de gevoeligheid voor stralingsschade 5 te verminderen. Dit resultaat is verrassend, doordat er niet verwacht zou kunnen worden, dat het diffusievermogen van zuurstof voldoende hoog zou zijn in een enkel-kristal om de stoïchiometrie van de sein-tillator te veranderen. In de meeste systemen is het diffusievermogen van zuurstof veel meer grootteorden hoger langs de korrelgrenzen dan 10 in de eigenlijke korrels. Bijvoorbeeld is in een uitvoeringsvorm het diffusievermogen van zuurstof in een bij benadering 2 mm dikke plaat van LuofeTb2,2AlsOi2 voldoende hoog om zuurstofstoïchiometrische aanpassingen mogelijk te maken. Toen enkel-kristalplaten werden onderworpen aan een partiële zuurstofdruk van 3 x 10"18 bij 1500°C gedurende 10 15 uren, veranderde de plaat van een lichtgele kleur naar een donkergroene kleur, hetgeen een indicatie is van een scintillator met een verminderd zuurstofgehalte. De plaat was homogeen van kleur zonder enig teken van kleurgradiënten, hetgeen aangeeft, dat het diffusievermogen van zuurstof hoog is in een enkel-kristal.

20

VOORBEELD

In de figuurΊβ de stralingsschade (%RD) afkomstig van vijf verschillende stellen monsters, die werden gemeten "als ontvangen" of werden onderworpen aan verschillende omstandigheden van uitgloeiing, 25 weergegeven. Alle experimenten gebruikten scintillatoren van met Ce* ionen geactiveerd Luo.eTba^lsOu.

Polykristallijn keramisch scintillatormateriaal werd geprepareerd door middel van het sinteren van het garnetpoeder in een oven bij 1725°C. Enkel-kristallen werden commercieel verkregen van Poly-30 Scientific (Northrop Grumman, NC). Eén werkwijze om enkel-kristallen te prepareren is door middel van de Czochralski-methode, waarin de elementen worden gemengd in een smeltkroes en vervolgens worden gesmolten onder gebruikmaking van radiofrequentie-inductie van lage energie of door middel van weerstandsverhitting. Een trekstaaf met een 35 klembus, die een kiemkristal aan zijh onderste einde bevat, wordt vervolgens in de smeltkroes ondergedompeld. De smelttemperatuur wordt zodanig ingesteld, dat een meniscus wordt gevormd langs het kiemkristal. De trekstaaf wordt gelijktijdig geroteerd en omhoog geheven. Na aan- 1027265 I - 24 - passing van het aan de smelt toegevoerde vermogen wordt een kristal uit de smelt getrokken.

I Om de straling geïnduceerde veranderingen in enkel-kristalscin- I tillatoren te meten, werd de stralingsschade van vier enkel-kristalwa- 5 fels gemeten. Beginmetingen van de intensiteit van de aanvankelijke (voordosis van straling van hoge energie) lichtafgifte (Ij) onder ge- I bruikmaking van een Si-fotodiode over een op ongeveer 590 nm gecen- I treerde emissieband (maar welke band ongeveer 500 tot 700 nm bevat) werden uitgevoerd onder gebruikmaking van een ingangsstraling van I 10 60 kvp (kilovoltvermogen), 5 mA röntgenstralen gedurende 0,5 seconden (een standaard stralingspuls). De wafels werden vervolgens onderworpen I aan een hoge-energiedosis straling van 120 kvp, 250 mA röntgenstralen gedurende 12 seconden. De na-straling lichtafgifte (eindintensiteit -

Ir) werd vervolgens 35 seconden later gemeten, wederom onder gebruik- I 15 making van een ingangsstraling van 60 kvp, 5 mA röntgenstralen gedu- I rende 0,5 seconden. Stralingsschade werd vervolgens gekwantificeerd I als RD(%) = (Ir - Ιχ) /Ii x 100, zodat een toename in lichtafgifte na de I stralingsbehandeling een positieve RD-waarde omvat en een afname in I lichtafgifte na de stralingsbehandeling een negatieve RD-waarde omvat.

I 20 Des te dichter de RD-waarde bij nul ligt, des te beter de scintillator I reageert op straling van hoge energie zonder een verandering in rende- I ment. In het algemeen verdienen RD-waarden, die variëren van +2 tot I -2% de voorkeur, waarbij waarden van +1 tot -1% meer de voorkeur ver- dienen en waarden van +0,5 tot -0,5% nog meer de voorkeur verdienen.

I 25 Resultaten zijn weergegeven in de figuur. SC-AsR beschrijft ex- I perimenten, die de stralingsschade voor enkel-kristallen (n*4) Als I Ontvangen (partiële zuurstofdruk * -1 x 10"* atm.) zonder dat uitgloei- ing is uitgevoerd. Voor deze kristallen bleek de stralingsschade I 2,4515% te zijn (1 standaarddeviatie (SD) - 0,149449).

30 De vier enkel-kristal scintillatorplaten werden vervolgens uit- I gegloeid door middel van verhitting bij 1500°C gedurende 10 uur in I lucht (partiële zuurstofdruk = 0,22 atm.) (Sc-Lucht) en de stralings- I schade werd als hierboven gemeten. Er bleek, dat er een vermindering I in door straling geïnduceerde schade optrad, zodat de gemiddelde stra- 35 lingsschade over de vier kristallen Ongeveer 1,24% (1 SD * 0,7384) be- I droeg.

I De stralingsschade werd eveneens gemeten voor keramische poly- I kristallijne scintillatoren. PC-Ar beschrijft een experiment voor een I polykristallijne plaat, verhit bij 1400°C gedurende 4 uren in een ar- I 1027265 • ♦ - 25 - gonatmosfeer (partiële zuurstofdruk = 1 x 10"® atm.), resulterend in een procentuele RD-waarde van -0,14. Ten slotte beschrijft PC-Lucht een experiment, waarin een polykristallijne plaat werd verhit bij 1400°C gedurende 4 uur in lucht (partiële zuurstofdruk = 0,22 atm.).

5 Er werd gevonden, dat voor dit materiaal de RD-waarde na behandeling zoals hierboven beschreven -1,526% bedroeg. Zonder enige uitgloeiing (d.w.z., rechtstreeks vanuit de waterstofoven) zijn de polykristallijne platen donkerrood van kleur en zullen weinig licht uitzenden.

Er werd dus gevonden, dat monsters bij ongeveer 1400°C tot 10 1500°C in een atmosfeer, die een partiële zuurstofdruk van 5 x 10-1S tot 0,22 atm. omvat, resulteren in een aanzienlijke verandering in stralingsschade. Verrassenderwijs werd het effect zowel voor enkel-kristallen als voor polykristallijn materiaal gevonden.

De uitvinding verschaft dus een eenvoudige procedure om stra-15 lingsschade in deze bijzondere familie van scintillatoren te verminderen. Het is geen rechttoe-rechtaan manier om onregelmatigheden in scintillatorresponsie als gevolg van stralingsschade te corrigeren. Programmatuurcorrecties kunnen uiterst complex zijn om uit te voeren en houden dikwijls geen rekening met hysteresegedrag van de lichtaf-20 gif te afkomstig van stralingsschade in de vele tijdens gebruik in het veld ondervonden omstandigheden. In wezen vereisen effectieve program-matuurcorrecties het volgen van de geabsorbeerde dosis voor elk pixel en het vervolgens uitvoeren van een versterkingsfactoraanpassing (om voor stralingsschade te compenseren) bij elke belichting. De werkwij-25 zen van de uitvinding verschaffen aanzienlijke verbeteringen bij het verminderen van de stralingsschade. Bovendien verschaffen de in de uitvinding beschreven werkwijzen en samenstellingen een verhoogde weerstand tegen stralingsschade met weinig of geen invloed op andere belangrijke scintillatoreigenschappen, zoals lichtafgifte en nagloei-30 ing.

Bovendien verschaft de uitvinding in enkele configuraties scin-tillatorsamenstellingen die na uitgloeiing een grote lichtafgifte en uitstekende nagloeiprestaties hebben. De lichtafgifte is nagenoeg even hoog (of in enkele gevallen even hoog of zelfs hoger) als de door /' 35 HiLight“ polykristallijn keramisch slcintillatormateriaal, beschreven in U.S. octrooi nr. 4,525,628, verleend op 25 juni 1985, geproduceerde lichtafgifte, welk materiaal in verschillende computertomografie(CT)-beeldvormingssysteemproducten met roterend portaal, die verkrijgbaar zijn bij GE Medical Systems Global Technology Company, LLC, Waukesha, 1027265 I - 26 - I WI, worden gebruikt. De nagloeiing van verschillende samenstellingen van de uitvinding is na uitgloeiing daarvan gunstigerwijs zeer laag.

I Eenenveertig (41) voorbeelden van scintillatorsamenstellingen I van de uitvinding zijn hieronder in Tabellen I en II opgesomd, I 5 waarin de parameters X, Y, λ en Z zijn gegeven van de scintillator- samenstelling (Gi-x-jA^REyJ.D.Qu, waarin in elk geval/ D is Al, G is

Tb, Ά is Lu en RE is Ce. Als gevolg van hun nauwe chemische en elektronische relaties, zal worden onderkend dat Ga of In voor Al I als D kan worden gesubstitueerd. Op overeenkomstige wijze kunnen 10 Pr, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm voor Ce als RE worden gesubsti- I tueerd. Bovendien kunnen Y, La , Gd en Yb voor Lu als A worden ge- I substitueerd; en kunnen Y, La, Gd en Yb voor Tb als G worden ge sub- I stitueerd.

I Elke tabel geeft de lichtafgifteproductie als een percentage I 15 van de door HiLight-scintillatoren geproduceerde lichtafgifte en een I nagloeipercentage. De lichtafgifte (LO) test werd uitgevoerd onder ge- I bruikmaking van een röntgenbuis, werkzaam bij 120 kVp, 5 mA voor een I pulsduur van 0,5 s. De nagloeitest heeft de lichtafgifte als een per- I centage van de piekafgifte voor het monster gemeten, op een tijd 20 100 ms na een 60 kVp, 50 mA, 0,5 s puls.

I Samenstellingen in deze tabellen zijn illustratief voor een be- I vredigende scintilletorsamenstelling, omvattende voorafgaande aan uit- I gloeiing bereiken voor x van 0 tot en met ongeveer 0,2774; voor y van I ongeveer 0,001 tot en met ongeveer 0,012, voor a van ongeveer 2,884 I 25 tot en met ongevéer 3,024 en voor z van ongeveer 4,996 tot en met on- geveer 5,116.

I Samenstellingen van Tabel I zijn in het bijzonder illustratief I voor bevredigende scintillatorsamenstellingen, omvattende voorafgaande I aan uitgloeiing de samenstelling (Gi-*,A«RE,)mDe0i2, waarin G Tb is, A Lu I 30 is, RE Ce is en D Al is, en waarin verder a ongeveer 3,004 is, z onge- I veer 4,996 is, x ligt in het bereik van ongeveer 0 tot en met ongeveer 0,267 en y ligt in het bereik van ongeveer 0,002 tot en met ongeveer I 0,012.

I Samenstellingen van Tabel II zijn in het bijzonder illustratief I 35 voor bevredigende scintillatorsamenstellingen, omvattende voorafgaande I aan uitgloeiing de samenstelling (Gi-x-yA^REy),D,Oi2, waarin G Tb is, A Lu I is, RE Ce is en D Al is, en waarin verder a ongeveer 2,984 is, z onge- veer 5,016 is, x ligt in het bereik van ongeveer 0 tot en met ongeveer I 1027265 • · - 27 - 0,2774 en y ligt in het bereik van ongeveer 0,001 tot en met ongeveer 0,0104.

TABEL 1 5

Monster X Y A Z % van Productie AG (%) HILIghtLO 120 kvp 1 0 0.003 “ 3.0040 4.9980__100__0.0005 2 0 0.003 3.0040 4.9960__99__0.0011 3 0.066 0.003 3.0040 4.9960__85 <0.0003 4 0.066 0.003 3.0040 4.9960__85__0.0008 5 0.066 0.003 3.0040 4.9960__102__0.0014 6 0.133 0.003 3.0040 4.9980__93__0.0013 7 0.133 0.003 3.0040 4.9960__87__0.0008 8 0.267 0.003 3.0040 4.9960__74__0.0019 9 0.267 0.003 3.0040 4.9960__75__0.0021 10 0.066 0.002 3.0040 4.9960__81__0.003 11 0.066 0.005 3.0040 4.9960__74__0.0044 12 0.066 0.005 3.0040 4.9960__75__0.0052 13 0.066 0.0065 3.0040 4.9960__78__0.0018 14 0.066 0.0065 3.0040 4.9960__75__0.0027 15 0.066 0.008 3.0040 4.9960 71__0.0047 16 0.066 0.008 3.0040 4.9960 69__0.0009 17 0.066 0.01 3.0040 4.9960__79__0.0254 18 0.066 0.01 3.0040 4.9960__70 0.0062 19 0.066 0.012 3.0040 4.9960__60__0.0074 20 0.066 0.012 3.0040 4.9960__65__0.0035 21 0 0.003 3.0040 4.9960__82__0.0031 22 0 0.003 3.0040 4.9960__79__0.012 23 0 0.003 3.0040 4.9960 82 0.0029Ί 24 0.066 0.003 3.0040 4.9960 90 | O.ÓÖÖÖl

25 0.066 0.003 3.0040 4.9960 90 I 0.0021 I

26 0.066 0.0065 3.0040 4.9960 90 I 0.0015 I

27 0.066 0.0065 3.0040 4.9960 90 I 0.0009 I

28 0.066 0.008 3.0040 4.9960 76 I 0.0027 l 29 0.066 0.008 3.0040 4.9960__82__0.0017

Min__0 0.002_____

Max 0.267I 0.0121 II II

.t t 1027265 I - 28 -

I TABEL II

Η

I “ ' LQ mgt120kvp AG

I Monster X Y A Z % van Productte % I iD ____Lumex__ I 30 "Ö268T 0.0101 ~2.984 5.01β"~ 49__0.023 31 0.2684 0.0067 2.984 5.016__57__0.022 32 0,2681 0.0034 2.964 5.016__53__0.015 33 0.2681 0.001 2.984 5.016__46__0.02 34 0.1786 0.0101 2.984 5.016__60__0.019 35 0.0895 0.0101 2.984 5.016__57__0.028 36 0 0.0067 2.984 5.016__57__0.056 37 0 0.0034 2.984 5.016__68__0.032 I 38 0.2639 0.0099 3.032 4.968__58__0.005 I 39 0.2646 0.002 3.024 4.976__63__0.025 40 0.2774 0.0104 2.884 5.116__40__0.42 I Min 0 0.001 2.884 4.968___

Max 10.2774 1 0.0104 1 3.032 5.116 I Hoewel de uitvinding is beschreven in termen van verschillen- 5 de specifieke uitvoeringsvormen, zal de vakman onderkennen, dat de I uitvinding in praktijk kan worden gebracht met modificaties binnen de gedachte en het kader van de conclusies.

H

I 1027265

Claims

1. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische scintillatorsamenstelling omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de 5 samenstelling (G1.x.yAzREy.)aDsOu; waarin 6 ten minste één metaal, geselecteerd uit de uit Tb en Lu bestaande groep, is; Λ ten minste één zeldzame-aardemetaal, geselecteerd uit de uit Y, La, Gd, Lu en Yb bestaande groep, is wanneer G Tb is, en geselecteerd uit de uit Y, La, Gd, Tb en Yb bestaande groep, is wanneer G Lu is; RE ten minste één 10 zeldzame-aardemetaal, geselecteerd uit de uit Ce, Nd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande groep, is; D ten minste één metaal, geselecteerd uit de uit Al, Ga en In bestaande groep, is,· a ligt in een bereik van - ongeveer 2,8 tot-en-met 3,1; x ligt in een bereik van 0 tot en met 0,5; y ligt in een bereik van 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in een 15 bereik van 4 tot en met 5,1.

2. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische scintillatorsamenstelling volgens conclusie 1, omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de samenstelling (Tb1.yCe,)«D.Oi3; waarin D 20 ten minste één metaal, geselecteerd uit de uit Al, Ga en In bestaande groep is; a ligt in een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1; y ligt in een bereik van 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in een bereik van 4 tot en met 5,1.

3. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische scintillatorsamenstelling volgens conclusie 1, omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de samenstelling (Lu1.yCey)aD,Oia; waarin D ten minste één metaal, geselecteerd uit de uit Al, Ga en In bestaande groep, is; a ligt in een bereik van ongeveer 2,8 tot en met 3,1; y 30 ligt in een bereik van 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in een bereik van 4 tot en met 5,1.

4. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische scintillatorsamenstelling omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de 35 samenstelling (Tbi.x.yLuxCe^sAlsOu, waarin 0<x<0,5, en y ligt in hèt ;gebied vanaf.ongévéer 0,0005. tót ongeveer 0,2. 1027205- I - 30 -

5. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische scintillatorsamenstelling omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de I 5 samenstelling (Tb1_yCey)J(AlI.r.«GarIne),Oia, waarin y ligt in het bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2, en z ligt in het bereik van I ongeveer 4 tot en met 5,1, en 0<r<0,5 wanneer 0<s<0,5 en r+s<l of I 0<r<0,5 wanneer 0<s<0,5 en r+s<l.

6. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische I scintillatorsamenstelling omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de I samenstelling (Tbi.y.u.T.wCeyYvGdvSm*)3AllOu, waarin y ligt in het bereik I van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2; en z ligt in het bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1, 0<u,v,w<0,5, en 0,0005<y+u+v+w<l.

7. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische I scintillatorsamenstelling omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de I samenstelling {Tbi.*.yA*Cey)3Al1Qi3, waarin A Y of Gd is, 0<x<0,5 en y I ligt in het bereik van ongeveer 0,0005 tot en met 0,2 en z ligt in het I 20 bereik van ongeveer 4 tot en met 5,1.

8. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische I scintillatorsamenstelling omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de I met Ce3+ ionen geactiveerde samenstelling Luo.tTba.aAlgOu.

9. Doorzichtige of doorschijnende gesinterde keramische I scintillatorsamenstelling omvattende voorafgaande aan uitgloeiing de samenstelling (Gi.x.yAxREy)>DtOu, waarin D wordt geselecteerd uit de uit I Al, Ga en In bestaande groep, G wordt geselecteerd uit de uit Tb, Y, I 30 La, Gd en Yb bestaande groep, A wordt geselecteerd uit de uit Lu, Y, I La, Gd en Yb bestaande groep, en RE wordt geselecteerd uit de uit Ho, Er, Tm en Ce bestaande groep, en x ligt in het bereik van 0 tot en met H ongeveer 0,2774, y ligt in het bereik van ongeveer 0,001 tot en met I ongeveer 0,012, a ligt in het bereik van 2,884 tot en met ongeveer I 35 3,032, en z ligt in het bereik van ongeveer 4,968 tot en met ongeveer I 5,116.

10. Werkwijze voor het prepareren van een terbium of lutetium bevattende gametscintillator met een verhoogde weerstand tegen door I 40 straling geïnduceerde veranderingen in scintillatorrendement, Omvattende het üitgloeien van een gesinterde gametscintillator tot I 1027295- • ' ' - 31 - een doorzichtig o£ doorschijnend keramisch materiaal in een geregelde atmosfeer, die een vooraf bepaalde hoeveelheid zuurstof omvat, 5 gedurende een vooraf bepaalde tijd en bij een vooraf bepaalde temperatuur, zodat de uitgegloeide scintillator een kleinere door straling geïnduceerde verandering in rendement van signaalopwekking omvat dan een zelfde scintillator, die niet door middel van uitgloeiing is behandeld, waarin de gametscintillator ten minste één 10 metaal geselecteerd uit de uit terbium (Tb) en lutetium (Lu) bestaande groep omvat, en is geactiveerd met ten minste één zeldzame-aarde-element geselecteerd uit de uit Ce, Pr, Nd, Sn, Eu, Dy, Ho, Er en Tm bestaande groep, waarbij de scintillator in staat is om in reactie op activering door middel van straling van hoge energie, 15 waaronder X-, β- of γ-straling, zichtbaar licht uit te zenden, en waarin de scintillator voorafgaande aan uitgloeiing de samenstelling (Gi-x-yA^REy)»D,Oi2 omvat, waarin D wordt geselecteerd uit de uit Al, 6a en In bestaande groep, 6 wordt geselecteerd uit de uit Tb, Y, La, Gd en Yb bestaande groep, Ά wordt geselecteerd uit de uit Lu, Y, La, Gd 20 en Yb bestaande groep, en RE wordt geselecteerd uit de uit Ho, Er, Tm en Ce bestaande groep, en x ligt in het bereik van 0 tot en met ongeveer 0,2774, y ligt in het bereik van ongeveer 0,001 tot en met ongeveer 0,012, a ligt in het bereik van 2,884 tot en met ongeveer 3,032, en z ligt in het bereik van ongeveer 4,968 tot en met ongeveer 25 5,116. 1027265-