СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ GdOS:Pr С ОЧЕНЬ КРАТКОВРЕМЕННЫМ ПОСЛЕСВЕЧЕНИЕМ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Российский патент 2011 года по МПК C09K11/84 G01T1/24 C04B35/50 

Настоящее изобретение относится к порошку, содержащему гадолиний, загрязненному европием, а также флуоресцентной керамике, загрязненной европием.

Изобретение также относится к способу изготовления флуоресцентной керамики с использованием одноосного горячего прессования.

Изобретение, кроме того, относится к детектору для обнаружения ионизирующего излучения.

Изобретение, кроме того, относится к применению упомянутого детектора для обнаружения ионизирующего излучения.

Флуоресцентные элементы для обнаружения высокоэнергетичного излучения содержат люминофор, который может поглощать излучение и преобразовывать его в видимый свет. Люминесцентное излучение, таким образом генерированное, получает электроны и оценивается с помощью светочувствительных систем, таких как фотодиоды или фотоумножители. Такие флуоресцентные элементы могут быть изготовлены из монокристаллических материалов, например, активированными галогенидами щелочных металлов. Немонокристаллические материалы могут быть применены в виде порошкообразного люминофора или в форме керамических элементов, изготовленных из него.

В патенте США 6340436 В1 люминофор описывают отвечающим общей формуле (L_1-x-y-z-dEu_xCe_zM'd)₂O₂S (где L является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из Gd, La и Y; М является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из Tb и Pr; M' является, по меньшей мере, одним элементом, выбранным из группы, состоящей из Ca, Sr и Zn, и х, у, z и d являются величинами, лежащими в диапазонах 0,001≤x≤0,06, 0<y≤12×10^-5, 0≤z≤12×10^-5, и 0≤d≤2,5×10^-4), и производимым способом горячего гидростатического прессования. Люминофор имеет высокую светопроницаемость, высокую светоотдачу и уменьшенное послесвечение. Детектор излучения, включающий комбинацию этого люминофора с кремниевым фотодиодом, имеет превосходную способность синхронизма по длине волны, обеспечивает высокую световую отдачу и, соответственно, применяется в качестве детектора рентгеновского излучения аппарата рентгеновской компьютерной томографии или подобного.

Однако изобретателями было найдено, что флуоресцентная керамика Gd₂O₂S:Pr, содержащая европий, может демонстрировать характеристику нежелательного повышенного послесвечения. Таким образом, есть необходимость преодолеть этот недостаток.

Первой задачей настоящего изобретения является получение сцинтиллирующей керамики, содержащей европий, с характеристиками очень кратковременного послесвечения.

Вышеописанная задача может быть решена согласно настоящему изобретению с помощью флуоресцентного керамического материала с Gd₂O₂S:M с очень кратковременным послесвечением, где М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, Pr, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Ho, и флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M содержит дополнительно:

европий ≤1 миллионной массовой доли, исходя из Gd₂O₂S, и

церий от ≤0,1 млн д. мас. до ≤100 млн д. мас., предпочтительно ≤50 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, в котором содержание церия превышает содержание европия при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150.

Однако может быть предпочтительным то, что флуоресцентный керамический материал с Gd₂O₂S:M содержит европий >0,05 млн д. мас. и ≤1 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S.

Если количество европия, такого как Eu³⁺, содержащегося во флуоресцентном керамическом материале, является слишком высоким, то получают нежелательное высокое послесвечение. Более того, слишком высокая концентрация европия, такого как Eu³⁺, содержащегося во флуоресцентном керамическом материале, ведет к нежелательному понижению светоотдачи, если церий, такой как Ce³⁺, содержится в количестве, описанном согласно настоящему изобретению. Важно подобрать концентрацию церия, такого как Ce³⁺, так как слишком низкая концентрация ведет к нежелательному высокому послесвечению. Однако если концентрация церия, такого как Ce³⁺, является слишком высокой, то светоотдача является нежелательно низкой.

Может быть предпочтительным то, что концентрация церия, такого как Ce³⁺, во флуоресцентном керамическом материале Gd₂O₂S:M составляет, по меньшей мере, 5 млн д. мас. и не больше чем 100 млн д. мас., предпочтительно - не больше чем 50 млн д. мас., и более предпочтительно - не больше чем 25 млн д. мас.

В настоящем описании М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы Pr, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Ho.

Предпочтительный флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению содержит церия больше, чем содержание европия.

Введение Pr или ионов Ce может быть осуществлено с использованием водных растворов соответствующих солей PrCl₃, PrBr₃, PrI₃, Pr(NO₃)₃, Pr₂(SO₄)₃, CeCl₃, CeBr₃, CeI₃, Ce(NO₃)₃, Ce₂(SO₄)₃ и т.д. Альтернативно, введение ионов легирующих примесей может быть осуществлено во время механического смешивания порошков, содержащих гадолиний, таких как Gd₂O₂S, с нерастворимыми композициями, содержащими легирующие примеси, подобные оксидам, например, Pr₆O₁₁, Pr₂O₃, Ce₂O₃, CeO₂.

Еще альтернативно, порошки, содержащие гадолиний, такой как порошок Gd₂O₂S, могут быть механически смешаны с нерастворимыми в воде солями легирующей примеси, подобными PrF₃, Pr₂S₃, Pr₂O₂S, Pr₂(СО₃)₃, Pr₂(C₂O₄)₃, CeF₃, Ce₂O₂S, Ce₂(CO₃)₃, Се₂(C₂O₄)₃, и тому подобными.

Порошок пигмента Gd₂O₂S, легированный примесью, может иметь поверхность согласно БЭТ (Брунауэру-Эммету-Теллеру) в диапазоне ≥0,01 м²/г и ≤1 м²/г, предпочтительно ≥0,05 м²/г и ≤0,5 м²/г, и более предпочтительно ≥0,1 м²/г и ≤0,2 м²/г.

Обычно порошки, содержащие гадолиний, подобные Gd₂O₃, применяют для получения флуоресцентных керамических материалов с Gd₂O₂S:M. Процесс получения Gd₂O₃ и флуоресцентных керамических материалов Gd₂O₂S:M является сложным и требующим много времени. Однако характеристики, что касается послесвечения и других физических свойств, не могут быть изменены произвольно для флуоресцентного керамического материала, однажды приготовленного. Было найдено, что содержание церия должно превышать содержание европия во флуоресцентном керамическом материале Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению для того, чтобы получить очень кратковременное свечение флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:M.

Однако для того чтобы получить очень недолгое послесвечение флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:M, согласно настоящему изобретению может быть предпочтительным то, что количество

европия составляет ≥0,05 млн д. мас. и ≤1 млн д. мас., предпочтительно ≥0,1 млн д. мас. и ≤0,5 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, и

церия составляет ≥0,1 млн д. мас. и ≤100 млн д. мас., предпочтительно от ≥1 млн д. мас. и до ≤50 млн д. мас., и более предпочтительно от ≥10 млн д. мас. и до ≤25 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, в котором содержание церия превышает содержание европия.

Европий может содержаться в виде Eu³⁺, предпочтительно в виде соли, например, EuCl₃, EuF₃, Eu₂O₂S, Eu₂(CO₃)₃, Eu₂(C₂O₄)₃, и тому подобного. Церий может содержаться в виде Ce³⁺, предпочтительно в виде соли, например CeCl₃, CeF₃, Ce₂O₃, Ce₂(CO₃)₃, Ce₂(C₂O₄)₃, и тому подобного.

Уменьшение послесвечения может быть еще оптимизировано тем, что содержание европия и церия во флуоресцентном керамическом материале с Gd₂O₂S:M устанавливают при соотношении европия и церия от 1:20 до 1:100, предпочтительно - от 1:25 до 1:75, более предпочтительно - от 1:20 до 1:50, и наиболее предпочтительно - примерно 1:25.

Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению, в частности Gd₂O₂S:Pr, содержащий церия больше, чем содержание европия, может демонстрировать послесвечение порядка >0 м.д. в течение 0,5 с и ≤80 м.д. в течение 0,5 с, и предпочтительно - от ≥17 м.д. в течение 0,5 с и до ≤20 м.д. в течение 0,5 с.

Однако предпочтительно то, что флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению, в частности Gd₂O₂S:Pr, включающий церия больше содержания европия, может демонстрировать послесвечение порядка >0 м.д. в течение 0,5 с и ≤50 м.д. в течение 0,5 с, и предпочтительно ≥5 м.д. в течение 0,5 с и ≤40 м.д. в течение 0,5 с, еще предпочтительней ≥10 м.д. в течение 0,5 с и ≤30 м.д. в течение 0,5 с, и более предпочтительно ≥15 м.д. в течение 0,5 с и ≤25 м.д. в течение 0,5 с.

Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению, в частности Gd₂O₂S:Pr, при соотношении Eu:Ce от 1:10 до 1:150, предпочтительно - 1:50, может демонстрировать послесвечение порядка ≤80 м.д. в течение 0,5 с. Более того, послесвечение прядка ≤20 м.д. в течение 0,5 с может быть достигнуто, если флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению содержит от ≥0,2 млн д. мас. Eu³⁺ до ≤0,5 млн д. мас. Eu³⁺ и от ≥10 млн д. мас. Ce³⁺ до ≤25 млн д. мас. Ce³⁺, предпочтительно от 20 млн д. мас. Ce³⁺ до 23 млн д. мас. Ce³⁺, исходя из упомянутого флуоресцентного керамического материала.

Таким образом, для установления соотношения Eu:Ce в порошке пигмента, содержащего гадолиний, может быть предпочтительным то, что упомянутый порошок включает от ≥0,2 млн д. мас. Eu³⁺ до ≤0,5 млн д. мас. Eu³⁺ и от ≥10 млн д. мас. Ce³⁺ до ≤25 млн д. мас. Ce³⁺, предпочтительно от 20 млн д. мас. Ce³⁺ до 23 млн д. мас. Се³⁺, исходя из упомянутого флуоресцентного керамического материала.

Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению, в частности Gd₂O₂S:Pr, содержащий церия больше содержания европия, может демонстрировать относительный световой выход >120% и предпочтительно - более чем 230% светоотдачи CdWO₄.

Световой выход и послесвечение были измерены с помощью фотоэлектронного фотоумножителя (ФЭУ) Хамамацу (Hamamatsu) и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (National Instruments ADC), в соответствии с чем фотоумножитель защищен от прямого облучения с помощью свинцового экрана. Послесвечение было измерено с помощью FDD 80 см (18-20 мГр/с), импульс 2 с, в соответствии с чем все величины послесвечения даны в м.д. стационарного сигнала. Величины сигнала (светового выхода) были измерены на пикселях 4×4 мм², приклеенных силиконом к фотодиоду. Послесвечение измеряют после отключения рентгеновского импульса.

Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S₂M согласно настоящему изобретению может быть прозрачным. Из-за содержания церия флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M окрашен в желтый цвет.

Пропускание флуоресцентного керамического материала с Gd₂O₂S:M при длине волны собственной эмиссии, при примерно 515 нм, может составлять от 10% до 70%, предпочтительно от 20% до 60%, и более предпочтительно ≥40%, и наиболее предпочтительно ≥50%, относительно толщины слоя в 1,6 мм. Измерения суммарного пропускания проводили, используя спектрометр Перкин-Эльмер (Perkin Elmer).

Вторым объектом настоящего изобретения является порошок пигмента, содержащего гадолиний, применимого при получении флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению.

Изобретатели неожиданно обнаружили, что может быть получен флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:M с уменьшенным послесвечением, если применяют порошок пигмента, содержащий гадолиний, включающий европий и церий в определенном соотношении.

Согласно настоящему изобретению может быть предпочтительным порошок пигмента, содержащий гадолиний, применимый в изготовлении флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:M, в котором порошок пигмента с Gd содержит дополнительно:

европий ≤1 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, и

церий от ≥0,1 млн д. мас. до ≤100 миллионных массовых долей, предпочтительно - от ≤50 млн д.мас., исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание церия превышает содержание европия, и/или содержание европия и церия в порошке пигмента с Gd устанавливают при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150, при этом упомянутый порошок пигмента, содержащий гадолиний, предпочтительно выбирают из группы, состоящей из Gd₂O₃, Gd₂O₂S и/или Gd₂O₂S:M.

Предпочтительно, порошок пигмента, содержащий гадолиний, может быть выбран из группы, включающей Cd₂O₃, Gd₂O₂S и/или Gd₂O₂S:M, где М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы Pr, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Но.

Может быть предпочтительным то, что концентрация церия, такого как Се³⁺, в порошке пигмента, содержащего гадолиний, выбранного из группы, включающей Gd₂O₃, Gd₂O₂S и/или Gd₂O₂S:M, составляет, по меньшей мере, 5 млн д. мас. и не больше чем 100 млн д. мас., предпочтительно не больше чем 25 миллионных массовых долей относительно Gd₂O₂S.

Обычно порошок пигмента, содержащий гадолиний, загрязнен европием, таким как Eu³⁺, от ≥0,05 млн д. мас. до ≤1 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S. Исходя из количества европия в порошке пигмента, содержащего гадолиний, вычисляют количество церия и добавляют к упомянутому порошку.

Если порошок пигмента, содержащий гадолиний, содержит от ≥0,05 млн д. мас. Eu³⁺ до ≤1 млн д. мас. Eu³⁺, то количество церия, такого как Ce³⁺, добавленного к упомянутому порошку, может быть от ≥0,1 млн д. мас. Се³⁺ до ≤100 млн д. мас. Ce³⁺, предпочтительно - от ≥1 млн д. мас. Се³⁺ до ≤50 млн д. мас. Се³⁺, предпочтительно - от ≥10 млн д. мас. Се³⁺ до ≤25 млн д. мас. Ce³⁺, исходя из Gd₂O₂S.

В упомянутом порошке пигмента, содержащего гадолиний, соотношение европия и церия устанавливают вплоть до 1:10-1:150, предпочтительно - от 1:20 до 1:100, еще предпочтительнее - от 1:25 до 1:75, более предпочтительно - от 1:20 до 1:50, и наиболее предпочтительно - примерно 1:25.

Однако может быть предпочтительным то, что в содержащем гадолиний упомянутом порошке

европий составляет от ≥0,05 млн д. мас. до ≤1 млн д. мас., предпочтительно - от ≥0,1 млн д. мас. до ≤0,5 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, и

церий составляет от ≥0,1 млн д. мас. до ≤100 млн д. мас., предпочтительно - от ≥1 млн д. мас. до ≤50 млн д. мас., и более предпочтительно - от ≥10 млн д. мас. до ≤25 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание церия превышает содержание европия.

Порошок пигмента, содержащий гадолиний, имеющий размер зерен порошка 1 мкм - 20 мкм, может быть предпочтительным для применения в изготовлении желательных флуоресцентных керамических материалов Gd₂O₂S:M с очень кратковременным послесвечением согласно настоящему изобретению.

Третья задача изобретения относится к способу получения порошка пигмента, содержащего гадолиний, загрязненного европием, который применяют в получении флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:M согласно настоящему изобретению.

Способ получения порошка пигмента, содержащего гадолиний, загрязненного европием, который применяют в получении флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:M с очень недолгим послесвечением, включает стадии:

a) определение количества европия в упомянутом порошке пигмента, содержащего гадолиний,

b) добавление церия в количестве, превышающем содержание

европия; так что содержание

европия является проверенным, составляет ≤1 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, и

- церия составляет от ≥0,1 млн д. мас. до ≤100 млн д. мас., предпочтительно ≤50 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S,

при этом содержание европия и церия в порошке пигмента, содержащего гадолиний, устанавливают при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150.

В случае если количество Eu³⁺, например, составляет 0,05 млн д. мас. или менее 0,01 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, может быть предпочтительным то, что церий могут не добавлять к порошку пигмента, содержащему гадолиний.

Способ согласно настоящему изобретению обеспечивает измерения, чтобы избежать получения флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:M, имеющего нежелательное продолжительное послесвечение.

Пригодный европий, такой как Eu³⁺, загрязняющий порошки пигмента, содержащего гадолиний, может быть выбран из группы, включающей Gd₂O₃, Gd₂O₂S и/или Gd₂O₂S:M.

Так как порошки пигмента, содержащего гадолиний, как упомянуто ниже, часто загрязнены европием, таким как Eu³⁺, то изобретателями было предложено определять количественную величину европия в упомянутом порошке пигмента, содержащего гадолиний.

Европий, такой как Eu³⁺, загрязняющий порошки пигмента, содержащего гадолиний, может демонстрировать эмиссию красного излучения.

Способы для количественного анализа европия, такого как Eu³⁺, являются общеизвестными в области техники. Согласно способу настоящего изобретения количество европия, например количество Eu³⁴⁺, может быть измерено с помощью оптической спектроскопии. Наиболее предпочтительным для Eu³⁺, загрязняющего порошок пигмента, содержащего гадолиний, является определение количества Eu³⁺, исходя из оптической спектроскопии, которая измеряет интенсивность эмиссии Eu³⁺ (возбуждение при примерно 254 нм УФ-излучения). Метод оптической спектроскопии, которым измеряют интенсивность эмиссии Eu³⁺, дает возможность точного определения содержания Eu³⁺ вплоть до концентраций на уровне субмиллионной млн д. для Eu³⁺, загрязняющего порошок пигмента, содержащего гадолиний.

Эмиссионное излучение европия, такого как Eu³⁴", загрязняющего порошок Gd₂O₃, при возбуждении с 254 нм УФ, полученного из излучения ртутного газоразрядного источника низкого давления, обуславливает видимое излучение красного цвета.

Эмиссионные спектры европия, такого как Eu³⁺, загрязняющего порошки Gd₂O₂S:M, показывают среди остальных эмиссионное излучение в диапазоне от 620 нм до 630 нм.

Концентрация Eu³⁺ приведена в млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S.

На следующей стадии церий, предпочтительно в виде Ce³⁺, например CeCl₃, добавляют в количестве от ≥1 млн д. мас. до ≤100 млн д. мас., предпочтительно ≤50 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание европия и церия в порошке пигмента, содержащего гадолиний, устанавливают при отношении европия и церия 1:10-1:150.

Соотношение европия и церия может быть установлено от 1:10 до 1:150, предпочтительно от 1:20 до 1:100, еще предпочтительнее от 1:25 до 1:75, более предпочтительно 1:20-1:50, и наиболее предпочтительно примерно 1:25.

Более того, если в упомянутом порошке, содержащем гадолиний, количество европия составляет ≤1 млн д. мас., предпочтительно от ≥0,05 млн д. мас. до ≤0,5 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, может быть предпочтительным то, что добавленное суммарное количество церия составляет от ≥0,5 млн д. мас. до ≤50 миллионных массовых долей, предпочтительно от ≥1 млн д. мас. до ≤30 млн д. мас., и более предпочтительно от ≥10 млн д. мас. до ≤25 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание церия превышает содержание европия. Однако соотношение европия и церия должно быть 1:10-1:150.

Анализ порошка, содержащего гадолиний, относительно концентрации Eu³⁺ имеет то преимущество, что точное количество церия, предпочтительно CeCl₃, необходимое для добавления к упомянутому порошку, может быть рассчитано. Таким образом, можно избежать получения флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:M (GOS), имеющего нежелательное продолжительное послесвечение. Это может укрепить процесс получения желательных флуоресцентных керамических материалов Gd₂O₂S:M (GOS), имеющих очень недолгое послесвечение.

Четвертая задача настоящего изобретения относится к способу получения флуоресцентного керамического материала согласно настоящему изобретению с использованием одноосного горячего прессования, причем упомянутый способ содержит стадии:

a) выбор порошка пигмента Gd₂O₂S:M, где М представляет собой, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы Pr, Tb, Yb, Dy, Sm и/или Ho, включает дополнительно:

европий ≤1 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, и

церий от ≥0,1 млн д. мас. до ≤100 млн д. мас., предпочтительно ≤50 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание европия и церия в порошке пигмента, содержащего гадолиний, устанавливают при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150, и размер зерен упомянутого порошка, используемого для горячего прессования, составляет от 1 мкм до 20 мкм, и упомянутое горячее прессование проводят при

температуре от 1000°С до 1400°С; и/или

давлении от 100 МПа до 300 МПа;

b) отжиг на воздухе при температуре от 700°С до 1200°С в течение периода времени от 0,5 час до 30 час, и проводят стадию c), необязательную между стадией a) и стадией b), в соответствии с чем стадия c) включает отжиг флуоресцентной керамики в вакууме при температуре от 1000°С до 1400°С в течение периода времени от 0,5 час до 30 час.

Порошок пигмента Gd₂O₂S может включать М в количестве от 0,1 млн д. мас. до 1000 млн д. мас.

Было раскрыто, что относительно крупнозернистые порошки, которые являются химически устойчивыми на воздухе, могут быть успешно спрессованы с образованием люминесцентного кристалла с улучшенными характеристиками.

Таким образом, согласно настоящему изобретению предпочтительным может быть то, что прессование идет в режиме при

температуре от 1000°С до 1400°С, предпочтительно - от 1100°С до 1300°С, более предпочтительно - от 1150 до 1250°С; и/или

давлении от 100 МПа до 300 МПа, предпочтительно - от 180 Мпа до 280 МПа, и более предпочтительно - от 200 МПа до 250 МПа. Предпочтительно, что вакуум во время стадии одноосного прессования согласно настоящему изобретению составляет ≤100 Па и ≥0,01 Па.

Согласно настоящему изобретению вакуум может быть установлен в диапазоне от ≥0,01 Па и до ≤50 Па, предпочтительно - в диапазоне от ≥0,01 Па и до ≤10 Па, и наиболее предпочтительно - вакуум устанавливают в диапазоне от ≥0,01 Па и до ≤1 Па.

После стадии горячего одноосного прессования в вакууме флуоресцентная керамика может быть дополнительно обработана отжигом на воздухе при температуре от 700°С до 1200°С, предпочтительно - от 800°С до 1100°С, более предпочтительно - от 900°С до 1000°С; в соответствии с чем упомянутый период времени обработки отжигом на воздухе составляет от 0,5 час до 30 час, предпочтительно - от 1 час до 20 час, более предпочтительно - от 2 час до 10 час, и наиболее предпочтительно - от 2 час до 4 час.

В варианте воплощения предпочтительно, чтобы порошок пигмента Gd₂O₂S, применяемый согласно настоящему изобретению, имел средний размер зерна в диапазоне от 2 мкм до 10 мкм, и более предпочтительно - от 4 мкм до 6 мкм.

Согласно настоящему изобретению преимуществом является введение стадии вакуумного отжига для еще дополнительного улучшения оптических характеристик получающейся керамики. Во время этой стадии в керамике происходит дополнительный рост зерен, который улучшает прозрачность благодаря снижению пористости. Вместе с этим, благодаря росту зерен, дополнительная диффузия атомов легирующей примеси в решетку оксисульфидов делает возможным еще дополнительное улучшение сцинтиллирующих свойств керамики.

Следовательно, согласно одному варианту воплощения способа согласно настоящему изобретению между стадией a) и стадией b) может быть проведена дополнительная стадия c), в соответствии с чем стадия c) включает отжиг флуоресцентной керамики в вакууме при температуре от 1000°С до 1400°С в течение периода времени от 0,5 час до 30 час.

Предпочтительно, температуру отжига выбирают в интервале от 1100°С до 1300°С, более предпочтительно от 1200°С до 1250°С.

Период времени для вакуумного отжига может быть вплоть до 1 час - 20 час, более предпочтительно вплоть до 2 час - 10 час, и более предпочтительно 3 час - 5 час.

Пример 1

Исходный сырьевой материал Gd₂O₂S:700 млн д. мас. Pr: 25 млн д. мас. Ce и 0,5 млн д. мас. Eu с размером зерен 5 мкм подвергают одноосному горячему прессованию в вакууме при 1 Па. Температура прессования составляет 1250°С и давление составляет 200 МПа, с последующим отжигом на воздухе в течение 2 час при примерно 1000°С.

Полученный флуоресцентный керамический материал имеет характеристику послесвечения примерно 10 м.д. в течение 0,5 с.

Флуоресцентную керамику согласно настоящему изобретению можно применять, например, в

сцинтилляторе или флуоресцентном компоненте для обнаружения ионизирующего излучения, предпочтительно - рентгеновского излучения, гамма-излучения и электронных лучей; и/или

аппарате или устройстве, применяемом в медицинской области, предпочтительно для компьютерной томографии (КТ).

Наиболее предпочтительно может быть применена, по меньшей мере, одна флуоресцентная керамика согласно настоящему изобретению для детектора или аппаратуры, приспособленной для медицинской визуализации изображения.

Однако флуоресцентная керамика может быть применена для любого детектора, известного в медицинской области. Такими детекторами являются, например, детектор рентгеновского излучения, компьютерно-томографический детектор, детектор портального электронного формирователя сигналов изображения и тому подобные.

Для обеспечения всестороннего раскрытия без чрезмерного удлинения описания изобретения заявитель включает в настоящее описание в виде ссылки каждое из патентов и заявок на патент, упомянутых выше.

Конкретные комбинации элементов и признаков в вышеупомянутых подробных вариантах воплощения являются только примерами; взаимная замена и замещение этих идей другими идеями в этом и других патентах/заявках, включенных в виде ссылки, также ясно предполагаются. Как всем специалистам в области техники будет понятно, варианты, модификации и другие осуществления того, что раскрыто в настоящем описании, могут встретиться средним специалистам в области техники без отклонения от сущности и объема изобретения, как заявлено. Соответственно, вышеизложенное описание дано только в качестве примера и не подразумевается как ограничивающее. Объем изобретения определен в следующей формуле изобретения и эквивалентах на это. Более того, ссылочные обозначения, использованные в описании и формуле изобретения, не ограничивают объем изобретения, как заявлено.

Изобретение может быть использовано при изготовлении детекторов для обнаружения рентгеновского излучения, компьютерно-томографических детекторов или детекторов портального электронного формирователя сигналов изображения. Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:Pr с очень кратковременным послесвечением включает европий ≤1 миллионной массовой доли, исходя из Gd₂O₂S, и церий от ≥0,1 миллионной массовой доли до ≤100 миллионных массовых долей, исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание церия превышает содержание европия при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150. Для получения флуоресцентного керамического материала используют зерна порошка размером от 1 до 20 мкм и проводят горячее прессование в одном направлении при температуре от 1000°С до 1400°С и/или давлении от 100 МПа до 300 МПа. Затем отжигают на воздухе при температуре от 700°С до 1200°С в течение 0,5-30 ч. Перед отжигом на воздухе можно провести отжиг в вакууме при температуре от 1000°С до 1400°С в течение 0,5-30 ч. Полученный материал характеризуется послесвечением, превышающим 0 м.д. в течение 0,5 с, но не более 80 м.д. в течение 0,5 с, и пропусканием от 10% до 70% при длине волны собственной эмиссии, равной примерно 515 нм, и толщине слоя 1,6 мм. 6 н. и 4 з.п. ф-лы.

1. Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:Pr с очень кратковременным послесвечением, отличающийся тем, что флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:Pr дополнительно содержит: европий ≤1 млн. д. мас., исходя из Gd₂O₂S, и церий от ≥0,1 млн. д. мас. до ≤100 млн. д. мас., исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание церия превышает содержание европия при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150.

2. Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:Pr по п.1, в котором содержание европия и церия во флуоресцентном керамическом материале Gd₂O₂S:Pr устанавливают при соотношении европия и церия от 1:20 до 1:100, предпочтительно от 1:25 до 1:75, более предпочтительно 1:20 до 1:50 и наиболее предпочтительно примерно 1:25.

3. Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:Pr по п.1 или 2, в котором послесвечение флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:Pr составляет >0 м.д. в течение 0,5 с и ≤80 м.д. в течение 0,5 с, и предпочтительно ≥15 м.д. в течение 0,5 с, и ≤25 м.д. в течение 0,5 с.

4. Флуоресцентный керамический материал Gd₂O₂S:Pr по п.1 или 2, в котором пропускание флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:Pr при длине волны его собственной эмиссии, равной примерно 515 нм, и толщине слоя 1,6 мм составляет от 10 до 70%.

5. Порошок пигмента, содержащий гадолиний, применимый в изготовлении флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:Pr по пп.1-4, при этом порошковый материал пигмента с Gd содержит дополнительно:
европий ≤1 млн. д. мас., исходя из Gd₂O₂S, и
церий от ≥0,1 млн. д. мас. до ≤100 млн. д. мас., исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание церия превышает содержание европия и/или содержание европия и церия в порошке пигмента с Gd устанавливают при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150, при этом упомянутый порошок пигмента, содержащий Gd, выбирают предпочтительно из группы, включающей Gd₂O₃, Gd₂O₂S и/или Gd₂O₂S:Pr.

6. Способ получения порошка пигмента, содержащего гадолиний, применимого в изготовлении флуоресцентного керамического материала Gd₂O₂S:Pr по пп.1-4, включающий стадии:
a) определение количества европия в упомянутом порошке пигмента, содержащего гадолиний,
b) добавление церия в избытке по отношению к содержанию европия, так, чтобы содержание
европия было ≤1 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S,
церия составляло от ≥0,1 млн. д. мас. до ≤100 млн. д. мас., исходя из Gd₂O₂S,
при этом содержание европия и церия в порошке пигмента, содержащего гадолиний, устанавливают при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150.

7. Способ получения порошка пигмента, содержащего гадолиний, загрязненного европием, по п.6, в котором упомянутый загрязненный европием порошок пигмента, содержащий гадолиний, выбирают из группы, включающей Gd₂O₃, Gd₂O₂S и/или Gd₂O₂S:Pr.

8. Способ получения флуоресцентного керамического материала по пп.1-4 с использованием горячего прессования в одном направлении, причем упомянутый метод включает стадии:
a) выбор порошка пигмента Gd₂O₂S:Pr, который дополнительно содержит:
европий ≤1 млн д. мас., исходя из Gd₂O₂S, и
церий от ≥0,1 млн. д. мас. до ≤100 млн. д. мас., исходя из Gd₂O₂S, при этом содержание европия и церия в порошке пигмента, содержащего гадолиний, устанавливают при соотношении европия и церия от 1:10 до 1:150, и размер зерна упомянутого порошка, используемого для горячего прессования, составляет от 1 до 20 мкм, и упомянутое горячее прессование проводят при температуре от 1000 до 1400°С; и/или давлении от 100 до 300 МПа;
b) отжиг на воздухе при температуре от 700 до 1200°С в течение периода времени от 0,5 до 30 ч, и проводят стадию c), необязательную между стадией a) и стадией b), в соответствии с чем стадия c) включает отжиг флуоресцентной керамики в вакууме при температуре от 1000 до 1400°С в течение периода времени от 0,5 до 30 ч.

9. Детектор, установленный для обнаружения ионизирующего излучения, причем упомянутый детектор включает флуоресцентную керамику по любому одному из предшествующих пп.1-4, в соответствии с чем детектор является предпочтительно детектором рентгеновского излучения, компьютерно-томографическим детектором или детектором портального электронного формирователя сигналов изображения.

10. Применение детектора по п.9 в аппарате, приспособленном для медицинской визуализации изображения, при этом детектор представляет собой детектор рентгеновского излучения, компьютерно-томографический детектор или детектор портального электронного формирователя сигналов изображения.