Изобретение относится к устройству определения характеристик и способу определения характеристик сцинтилляционного материала. Изобретение дополнительно относится к компьютерной программе для управления устройством определения характеристик и к способу изготовления прибора обнаружения ионизирующего излучения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Статья «Effect of Electron Traps on Scintillation of Praseodymium Activated Lu3Al5O12» W. Drozdowski и др., IEEE Transactions on Nuclear Science, volume 56, number 1, pages 320 to 327 (2009) раскрывает измерение возбуждаемых рентгеновским излучением спектров излучения и амплитудных спектров импульсов гамма-излучения Cs-137 в диапазоне от 78 до 600 КэВ и кривых свечения термолюминесценция.
Статья «Non-resonant X-ray/laser interaction spectroscopy as a method for assessing charge competition, trapping and luminescence efficiency in wide band-gap materials» R. J. Poolton и др., Journal of Luminescence, volume 130, pages 1404 to 1414 (2010) раскрывает устройство для нерезонансной рентгеновской/лазерной спектроскопии взаимодействия, которое содержит источник рентгеновского излучения с затвором и модуль импульсного лазерного диода.
В системах ё позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) используются сцинтилляционные материалы для того, чтобы после возбуждения 511 кэВ гамма-квантами испускать видимый или ультрафиолетовый (УФ) свет с высоким фотонным выходом (световым выходом), хорошим энергетическим разрешением, быстрым затуханием сигнала и быстрым нарастанием сигнала. Известными сцинтилляционными материалами, которые как правило удовлетворяют этим свойствам, являются, например, германат висмута (BGO), вольфрамат кадмия (CWO), ортосиликат лютеция (LSO), LSO, модифицированный 10 процентами иттрия вместо лютеция (LYSO), и гранаты на основе гадолиния, подобные лютеций-гадолиний-галлий-алюминиевым гранатам (ЛГГАГ).
Фактическая эффективность этих сцинтилляционных материалов сильно зависит от числа электронных дефектов, т.е. числа ловушек, в сцинтилляционных материалах. Эти ловушки могут быть обусловлены, например, загрязнением исходных материалов, неточной стехиометрией, потерей кислорода или других компонентов соответствующих соединений, подобных галлию, что приводит к дыркам, антиузловым дефектам и так далее. Во время процедуры ПЭТ-визуализации после поглощения 511 кэВ гамма-квантов может быть сгенерировано несколько тысяч электронов и дырок, причем рекомбинация этих носителей заряда в люминесцентных узлах сцинтилляционного материала в идеале должна приводить к большому числу квантов света, которые испускаются в течение короткого периода времени с формой импульса, определяемой временем нарастания в диапазоне, например, от 100 пс до 2 нс и временем спада, например, несколько десятков наносекунд, и которые обнаруживаются оптическим детектором системы ПЭТ-визуализации в течение времени интегрирования, например, нескольких сотен наносекунд. Однако, при наличии электронных дефектов носители заряда будут частично улавливаться в этих дефектах, вызывая замедленную люминесценцию или приводя к нелюминесцирующей рекомбинации. Это может привести к изменению фотонного выхода, более низкому энергетическому разрешению, более низкой временной эффективности, т.е. увеличенному времени разрешения совпадений (CRT) и ухудшению качества изображения. Поэтому сцинтилляционный материал должен быть охарактеризован в отношении его ожидаемой эффективности, и только сцинтилляционные материалы, которые имеют требуемую эффективность, должны выбираться и использоваться для изготовления ПЭТ прибора обнаружения.
Известная методика определения характеристик основана на измерении рентгеновского послесвечения. Сцинтилляционный материал облучают рентгеновским импульсом, имеющим относительную высокую радиационную дозу до 1 Гр и затем измеряют сигнал послесвечения, причем сцинтилляционный материал характеризуется на основе измеренного сигнала послесвечения. Однако, этот метод требует измерения сигнала послесвечения по очень большому динамическому диапазону, который может составлять около шести порядков величины, и в течение очень долгого периода времени, т.е. до дней, что может сделать выполнение измерения очень трудоемким.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в предоставлении устройства определения характеристик и способа определения характеристик сцинтилляционного материала, что обеспечивает возможность менее трудоемкого определения характеристик сцинтилляционного материала. Дополнительная цель настоящего изобретения состоит в предоставлении компьютерной программы управления устройством определения характеристик и предоставлении способа изготовления прибора обнаружения ионизирующего излучения.
В первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство определения характеристик сцинтилляционного материала, причем устройство определения характеристик содержит:
- источник первого излучения для облучения сцинтилляционного материала первым излучением с длиной волны менее 450 нм,
- источник второго излучения для облучения сцинтилляционного материала импульсным вторым излучением с длиной волны более 600 нм и с длительностью импульса, равной или меньшей 50 с, после облучения сцинтилляционного материала первым излучением, и
- прибор обнаружения третьего излучения от сцинтилляционного материала в течение и/или после облучения вторым излучением, которое можно использовать в качестве индикатора количества ловушек, захватывающих носители заряда, для того, чтобы создать возможность для определения характеристик сцинтилляционного материала на основе обнаруженного третьего излучения.
Благодаря облучению сцинтилляционного материала первым излучением с длиной волны менее 450 нм, в зоне проводимости могут генерироваться электроны, а в валентной зоне могут генерироваться дырки. Большая часть этих носителей заряда может рекомбинировать в люминесцентных узлах сцинтилляционного материала и, таким образом, может генерироваться люминесцентное излучение. Однако, некоторые носители заряда могут застревать в электронных дефектах сцинтилляционного материала. При облучении сцинтилляционного материала вторым излучением с длиной волны более 600 нм, эти захваченные носители заряда могут быть высвобождены в зону проводимости или валентную зону соответственно, где они перемещаются, и высвобожденные носители заряда могут генерировать люминесцентное излучение в люминесцентных узлах сцинтилляционного материала. Это люминесцентное излучение, которое можно рассматривать как фотостимулированную люминесценцию (ФСЛ), может быть третьим излучением, которое обнаруживают прибором обнаружения.
Поскольку третье излучение зависит от количества носителей заряда, захваченных на электронных дефектах сцинтилляционного материала, третье излучение можно использовать в качестве индикатора количества электронных дефектов, захватывающих носители заряда, и, следовательно, для определения характеристик сцинтилляционного материала. Кроме того, поскольку, по сравнению с основанным на послесвечении определением характеристик, для измерения третьего ФСЛ излучения требуется меньший диапазон динамических измерений и гораздо меньше времени измерения, определение характеристик может быть более простым и менее трудоемким.
Поскольку второе импульсное излучение имеет относительно короткую длительность импульса, равную или меньшую 50 с, можно уменьшить нагревание сцинтилляционного материала за счет облучения вторым излучением и сопровождающие тепловые эффекты, которые могут ухудшить качество оптического обнаружения третьего излучение. Это может привести к дальнейшему улучшенному определению характеристик сцинтилляционного материала.
Устройство определения характеристик предпочтительно выполнено с возможностью определения характеристик сцинтилляционного материала для ПЭТ, сцинтилляционного материала для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) и/или сцинтилляционного материала для компьютерной томографии (КТ). Кроме того, устройство определения характеристик предпочтительно выполнено с возможностью определения характеристик сцинтилляционного материала, содержащего BGO и/или CWO, и/или LSO, и/или LSO, и/или гранат на основе гадолиния.
Сцинтилляционный материал, характеристики которого определяются устройством определения характеристик, может быть готовым сцинтиллятором, таким как готовый сцинтилляционный стержень, который должен использоваться в устройстве обнаружения для обнаружения ионизирующего излучения. Однако, сцинтилляционный материал также может быть исходным материалом, т.е. исходным порошковым материалом, который используется для получения готового сцинтиллятора, или сцинтилляционный материал может быть промежуточным продуктом, который, по отношению к производственному процессу получения готового сцинтиллятора, находится между исходным материалом и готовым сцинтиллятором, причем промежуточный продукт может быть слитком.
Источником второго излучения предпочтительно является светоизлучающий диод или лазер. Он предпочтительно выполнен с возможностью излучения красного света с длиной волны более 600 нм или излучения инфракрасного света. Источник второго излучения может быть выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала единственным импульсом второго излучения или несколькими импульсами второго излучения. Источник первого излучения предпочтительно выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала ионизирующим излучением, в частности, рентгеновским излучением и/или ионизирующим УФ-излучением и/или гамма-излучением в качестве первого излучения. Однако, в варианте осуществления источник первого излучения может быть выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала неионизирующим УФ-излучением или излучением в видимой части спектра с длиной волны менее 450 нм. Также источник первого излучения предпочтительно выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала импульсным излучением.
В варианте осуществления источник второго излучения выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала после того, как сцинтилляционный материал был облучен первым излучением, сначала вторым излучением с первой длиной волны более 600 нм, а затем вторым излучением со второй длиной волны, причем вторая длина волны меньше первой длины волны. Таким образом, сначала, после того, как сцинтилляционный материал был облучен первым излучением, сцинтилляционный материал можно облучать одним или несколькими импульсами с первой длиной волны, причем третье излучение обнаруживается в течение и/или после облучения импульсным вторым излучением с первой длиной волны. Затем сцинтилляционный материал можно облучать одним или несколькими дополнительными импульсами второго излучения со второй длиной волны, причем вторая длина волны меньше первой длины волны, и при этом в течение и/или после облучения одним или несколькими дополнительными импульсами второго излучения обнаруживается третье излучение. Это облучение и процедура обнаружения могут быть продолжены с помощью дополнительных импульсов второго излучения с меньшими длинами волн, т.е. сцинтилляционный материал можно облучать одним или несколькими импульсами второго излучения с первой длиной волны, затем сцинтилляционный материал можно облучать одним или несколькими импульсами второго излучения со второй длиной волны, с последующим облучением сцинтилляционного материала одним или несколькими импульсами второго излучения с третьей длиной волны, и так далее, причем с уменьшением длин волн, т.е. вторая длина волны меньше первой длины волны, третья длина волны меньше второй длины волны и так далее. Это позволяет обнаруживать третье излучение в зависимости от длины волны импульсного второго излучения, которое, в свою очередь, позволяет выделить (дифференцировать) ловушки носителей заряда на различных энергетических уровнях. Первая длина волны составляет более 600 нм. Одна или несколько из последующих длин волн, т.е., например, вторая длина волны, может также быть более 600 нм, или они могут быть равны или менее 600 нм.
Если сцинтилляционный материал облучают различными импульсами второго излучения с различными, уменьшающимися длинами волн, третье излучение в течение определенного импульса второго излучения может быть обнаружено во время облучения импульсом второго излучения и/или после облучения импульсом второго излучения и до последующего облучения следующим импульсом второго излучения, который может иметь ту же длину волны, что и предыдущий импульс второго излучения, или который может иметь меньшую длину волны.
Для того, чтобы предоставить несколько импульсов второго излучения c различными длинами волн, источник второго излучения может включать в себя несколько источников суб-излучения с различными длинами волн. Однако, источник второго излучения может быть также единственным источником излучения, который в состоянии предоставить различные длины волн, для того, чтобы облучать сцинтилляционный материал импульсами второго излучения с различными длинами волн. Кроме того, если источник второго излучения предоставляет несколько импульсов второго излучения с различными длинами волн, импульсы второго излучения имеют длительность импульса, равную или меньшую 50 с.
В варианте осуществления прибор обнаружения выполнен с возможностью генерирования сигнала обнаружения в зависимости от обнаруженного третьего излучения, причем устройство определения характеристик дополнительно содержит вычислительный блок для интегрирования сигнала обнаружения с тем, чтобы создать возможность для определения характеристик сцинтилляционного материала на основе интегрированного сигнала обнаружения. Интегрированный сигнал обнаружения может рассматриваться в качестве показателя количества освобожденных носителей заряда и, таким образом, неблагоприятного воздействия электронных дефектов на люминесценцию. Поэтому, интегрированный сигнал обнаружения очень подходит для определения характеристик сцинтилляционного материала.
Сцинтилляционный материал генерирует люминесценцию с длиной волны люминесценции при облучении ионизирующим излучением, причем прибор обнаружения предпочтительно выполнен с возможностью обнаружения излучения с длиной волны люминесценции. В частности, прибор обнаружения содержит фильтр длин волн, выполненный с возможностью позволить свету с длиной волны люминесценции проходить фильтр длин волн, и фотодетектор для обнаружения отфильтрованного света. Использование этого фильтра длин волн улучшает точность обнаружения третьего излучения, которое, в свою очередь, может привести к дополнительному улучшенному определению характеристик сцинтилляционного материала.
В варианте осуществления устройство определения характеристик выполнено так, что временной интервал между прекращением облучения сцинтилляционного материала первым излучением и началом облучения сцинтилляционного материала вторым излучением равен 500 с или менее, еще более предпочтительно менее 100 с. Кроме того, этот временной интервал может быть более 60 с. Таким образом, третье излучение может быть обнаружено очень быстро после того, как облучение первым излучением было остановлено, что может привести к относительно короткому времени определения характеристик.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения предложен способ определения характеристик сцинтилляционного материала, причем способ определения характеристик включает в себя:
- облучение сцинтилляционного материала первым излучением с длиной волны менее 450 нм,
- облучение сцинтилляционного материала импульсным вторым излучением с длиной волны более 600 нм и с длительностью импульса, равной или меньшей 50 с, после облучения сцинтилляционного материала первым излучением,
- обнаружение третьего излучения от сцинтилляционного материала в течение и/или после облучения вторым излучением, которое можно использовать в качестве индикатора количества ловушек, захватывающих носители заряда, для того, чтобы создать возможность для определения характеристик сцинтилляционного материала на основе обнаруженного третьего излучения.
В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ изготовления прибора обнаружения ионизирующего излучения, причем способ изготовления включает в себя:
- предоставление сцинтилляционного материала, который генерирует люминесценцию при облучении ионизирующим излучением, и предоставление датчика для обнаружения люминесценции,
- определение характеристик сцинтилляционного материала путем выполнения способа определения характеристик по п.12,
- выбор сцинтилляционного материала, который должен использоваться для изготовления прибора обнаружения, на основе определения характеристик,
- изготовление прибора обнаружения на основе выбранного сцинтилляционного материала и предоставленного датчика.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения предложена компьютерная программа для управления устройством определения характеристик по п.1, причем компьютерная программа включает в себя средство программного кода для побуждения устройства определения характеристик выполнять этапы способа определения характеристик по п.12, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляя устройством определения характеристик.
Следует понимать, что устройство определения характеристик по п. 1, способ определения характеристик по п. 12, способ изготовления по п. 13 и компьютерная программа по п. 14 имеют аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, в частности, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения также может представлять собой любую комбинацию зависимых пунктов формулы изобретения или вышеуказанных вариантов осуществления с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и объяснены со ссылкой на описанные ниже варианты осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На следующих чертежах:
Фиг. 1 схематично и примерно представляет вариант осуществления устройства определения характеристик сцинтилляционного материала,
Фиг. 2 представляет блок-схему, примерно иллюстрирующую вариант осуществления способа определения характеристик сцинтилляционного материала,
Фиг. 3 представляет блок-схему, примерно иллюстрирующая вариант осуществления способа изготовления прибора обнаружения ионизирующего излучения, и
Фиг. 4 иллюстрирует различия в чувствительности методики определения характеристик на основе послесвечения и чувствительности методики определения характеристик на основе ФСЛ.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 схематично и примерно представляет вариант осуществления устройства определения характеристик сцинтилляционного материала. Устройство 1 определения характеристик содержит источник 2 первого излучения для облучения сцинтилляционного материала 3 ионизирующим первым излучением 4, которое может быть, например, рентгеновскими излучением, УФ-излучением или гамма-излучением. Предпочтительно, чтобы источник 2 первого излучения был выполнен с возможностью облучать сцинтилляционный материал 3 импульсом излучения. Импульс излучения может иметь длительность импульса несколько секунд, т.е., например, в диапазоне от 1 с до 30 с, если ионизирующее первое излучение является гамма-излучением или рентгеновским излучением, и в диапазоне от секунды до нескольких минут, т.е., например, в диапазоне от 1 с до 10 мин, если первое излучение является УФ-излучением.
Устройство 1 определения характеристик дополнительно содержит источник 5 второго излучения, предназначенный для облучения сцинтилляционного материала 3 вторым излучением 6 с длиной волны более 600 нм, после того, как сцинтилляционный материала 3 был облучен первым излучением 4. Таким образом, в то время как источник 2 первого излучения облучает сцинтилляционный материал 3 первым излучением 4, источник 5 второго излучения не облучает сцинтилляционный материал 3 вторым излучением 6. Сцинтилляционный материал 3 облучается только вторым излучением 6 после того, как облучения первым излучением 4 было завершено. В этом варианте осуществления источник 5 второго излучения является светоизлучающим диодом или инфракрасным лазером, который выполнен с возможностью подачи импульсного излучения в качестве второго излучения. Импульсное излучение имеет длительность равную или меньшую 50 с. В частности, длительность импульса предпочтительно менее 40 с, еще более предпочтительно менее 20 с и даже еще более предпочтительно менее 10 с.
Устройство 1 определения характеристик также содержит прибор 9 обнаружения третьего излучения 12 от сцинтилляционного материала 3 в течение и после облучения импульсом 6 второго излучения для того, чтобы создать возможность для определения характеристик сцинтилляционного материала 3 на основе обнаруженного третьего излучения 12.
Сцинтилляционный материал 3 генерирует люминесценцию с длиной волны люминесценции при облучении ионизирующим излучением. Такая люминесценция с длиной волны люминесценции также может быть сгенерирована, если носители заряда, захваченные на электронных дефектах внутри сцинтилляционного материала 3, выпускаются в зону проводимости или валентную зону соответственно, потому что освобожденные носители заряда затем могут двигаться и генерировать люминесценцию на люминесцентных узлах сцинтилляционного материала. Люминесцентные узлы предпочтительно формируются ионами церия (Ce3+). Однако сцинтилляционный материал также может содержать другие люминесцентные узлы, такие как другие редкоземельные ионы, например, ионы празеодима (Pr3+), ионы европия (Eu3+ или Eu2+), ионы тербия (Tb3+) и так далее. Сцинтиллятор также может содержать нередкоземельные ионы в качестве люминесцентных узлов, такие как ионы таллия (Tl+), ионы висмута (Bi3+) и так далее.
Носители заряда высвобождаются из ловушек с помощью импульса 6 второго излучения, причем возникающая в результате люминесценция, т.е. третье излучение 12, обнаруживается прибором 9 обнаружения. Для того чтобы улучшить точность обнаружения люминесценции, устройство 9 обнаружения содержит фильтр длин волн, выполненный с возможностью позволить свету с длиной волны люминесценции проходить фильтр 7 длин волн, и фотодетектор 8 для обнаружения отфильтрованного третьего излучения 12.
Устройство 1 определения характеристик выполнено так, что временной интервал между прекращением облучения сцинтилляционного материала 3 первым излучением 4 и началом облучения сцинтилляционного материала 3 вторым излучением 6 равен или менее 10 с. Таким образом, импульс второго излучения, который может быть инфракрасным импульсом, может быть подан сразу после возбуждения импульсом первого излучения таким образом, что все измерение может быть выполнено в течение нескольких секунд или минут. Можно использовать дозу инфракрасного облучения, которая эквивалентна числу фотонов, поглощенных на см3 сцинтилляционного материала, в диапазоне от 1016 до 1021, в частности, в диапазоне от 1016 до 1019.
Фотодетектор 8 выполнен с возможностью генерирования сигнала обнаружения в зависимости от обнаруженного третьего излучения 12, причем устройство 1 определения характеристик дополнительно содержит вычислительный блок 10 для интегрирования сигнала обнаружения для того, чтобы создать возможность для определения характеристик сцинтилляционного материала на основе интегрированного сигнала обнаружения. Интегрирование может дать значение интегрирования, которое может быть показано на блоке 11 вывода, таком как дисплей.
Сцинтилляционный материал, характеристики которого определяются устройством 1 определения характеристик, предпочтительно является сцинтилляционным материалом для ПЭТ, сцинтилляционным материалом для ОФЭКТ или сцинтилляционным материалом для КТ. В частности, сцинтилляционный материал содержит BGO, CWO, LSO, LYSO или гранат на основе гадолиния, подобный гадолиний-алюминиевому гранату (Gd3Al5O12, GdAG), гадолиний-галлий-алюминиевому гранату (Gd3Ga5-xAlxO12, GdGAG), иттрий-гадолиний-галлий-алюминиевому гранату (Y3-xGdxGa5-yAlyO12, YGGAG) или тербий-гадолиний-галлий-алюминиевому гранату (Tb3-xGdxGa5-yAlyO12, TbGGAG). Однако, сцинтилляционный материал также может содержать другой гранат, подобный лютеций-алюминиевому гранату (Lu3Al5O12, LuAG), лютеций- галлий-алюминиевому гранату (Lu3Ga5-xAlxO12, LuGAG), иттрий-алюминиевому гранату (Y3Al5O12, YAG) или тербий-алюминиевому гранату (Tb3Al5O12, TbAG). Сцинтилляционный материал также может содержать химическую смесь из по меньшей мере двух упомянутых гранатов, т.е. твердые растворы.
Далее вариант осуществления способа определения характеристик сцинтилляционного материала будет иллюстративно описан со ссылкой на блок-схему, показанную на Фиг. 2.
На этапе 101 сцинтилляционный материал 3 облучают ионизирующим первым излучением 4. На этапе 102, после того, как облучение первым излучением 4 было остановлено, сцинтилляционный материал 3 облучают вторым излучением 6 с длиной волны более 600 нм и третьим излучением 12, т.е. фотостимулированная люминесценция от сцинтилляционного материала 3 обнаруживается в течение и после облучения вторым излучением 6. В частности, на этапе 102 генерируют сигнал обнаружения, который указывает на третье излучение 12 от сцинтилляционного материала 3. На этапе 103 генерируемый сигнал обнаружения интегрируют, создавая тем самым значение интегрирования, которое демонстрируют на блоке 11 вывода на этапе 104. На основе этого значения интегрирования пользователь может выбрать подходящие сцинтилляционные материалы.
Устройство 1 определения характеристик предпочтительно дополнительно содержит блок 15 управления для управления различными компонентами устройства 1 определения характеристик в соответствии со способом определения характеристик. Однако, в другом варианте осуществления устройство определения характеристик также может быть, по меньшей мере частично, с ручным управлением.
Далее вариант осуществления способа изготовления прибора обнаружения для обнаружения ионизирующего излучения будет иллюстративно описан со ссылкой на блок-схему, показанную на Фиг. 3.
На этапе 201 предоставляют сцинтилляционный материал, который генерирует люминесценцию при облучении ионизирующим излучением. Кроме того, на этапе 201 предоставляют детектор для обнаружения люминесценции. На этапе 202 определяют характеристики сцинтилляционного материала, как описано выше со ссылкой на Фиг. 2, т.е. для сцинтилляционного материала определяют значения интегрирования. На этапе 203 на основе определенного соответствующего значения интегрирования принимают решение, какой сцинтилляционный материал следует использовать для изготовления прибора обнаружения. Например, если соответствующее значение интегрирования меньше, чем предварительно заданное пороговое значение, то соответствующий сцинтилляционный материал может быть выбран для использования при изготовлении прибора обнаружения. Если соответствующее значение интегрирования больше, чем это предварительно заданное пороговое значение, соответствующий сцинтилляционный материал не может использоваться для изготовления прибора обнаружения. На этапе 204 на основе выбранного сцинтилляционного материала и предоставленного датчика изготавливают прибор обнаружения.
Длина волны второго излучения может быть выбрана в соответствии с ожидаемыми энергетическими глубинами электронных дефектов так, чтобы освобождение носителей заряда из ловушки выполнялось эффективно. Кроме того, эта длина волны может выбираться таким образом, чтобы не происходило генерации непосредственной люминесценции, т.е. люминесценции не генерируемой носителями заряда, высвобождаемыми из электронных дефектов. В основном по этим причинам, длина волны второго излучения составляет более 600 нм, а предпочтительно более 650 нм.
Известная методика определения характеристик, которая была описана вначале и которая основана на измерении рентгеновского послесвечения, очень ограничена, в первую очередь потому, что носители заряда из относительно глубоких ловушек не могут быть высвобождены в разумное время. В противоположность этому, методика определения характеристик, основанная на ФСЛ, которая описана выше со ссылкой на Фиг. 1 и 2, делает возможным быстрое и менее трудоемкое определение общего числа захваченных носителей заряда, также включая носители заряда, захваченные на относительно глубоких ловушках.
Фиг. 4 примерно иллюстрирует различия в чувствительности методики определения характеристик на основе послесвечения и чувствительности методики определения характеристик на основе ФСЛ.
На Фиг. 4 I обозначает нормированную интенсивность и t обозначает время в секундах. Показаны три различных графика 12, 13, 14, соответствующие трем различным образцам GdGaG. Стрелка 16 указывает на послесвечение, после того, как соответствующий образец GdGaG был облучен УФ-излучением, а стрелка 17 указывает на ФСЛ, после того, как соответствующий образец GdGaG был облучен инфракрасным импульсом. Послесвечение 16, т.е. затухающий сигнал, измеряют в течение промежутка времени 300 с. Это измерение осуществляют с помощью чувствительного фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Сигнал обнаружения послесвечения после нескольких сотен секунд очень слабый, так что этот способ измерения ограничен. Однако после возбуждения инфракрасным световым импульсом носители заряда, которые были захвачены в глубоких ловушках и которые все еще не были термически возбуждены, высвобождаются и легко могут быть измерены как ФСЛ 17. Вследствие этого методика ФСЛ намного более чувствительна, чем методика послесвечения.
Устройство определения характеристик и способ определения характеристик могут быть выполнены с возможностью выбора сцинтилляционных кристаллов или керамики, особенно для ПЭТ-, ОФЭКТ- или КТ-визуализации. Кроме того, устройство определения характеристик и способ определения характеристик можно использовать для выбора сцинтилляционных кристаллов или керамики для комбинированной системы визуализации, подобной системе визуализации, объединяющей a) ПЭТ- или ОФЭКТ-визуализацию с b) КТ- или магнитно-резонансной (МР) визуализацией или ультразвуковой (УЗ) визуализацией.
Сцинтилляционный материал, характеристики которого определяются с помощью устройства определения характеристик и способа определения характеристик, может включать в себя сцинтилляционные стержни, т.е. готовые сцинтилляторы, которые используются для изготовления прибора обнаружения ионизирующего излучения. Однако сцинтилляционный материал также может включать в себя контрольные структуры, которые были выполнены из сцинтилляционного исходного материала при условиях получения, которые также используются для получения готовых сцинтилляторов. Контрольные структуры могут быть, например, дисками, которые могут иметь толщину в диапазоне от сотен микрометров до нескольких миллиметров, т.е., например, в диапазоне от 100 мкм до 10 мм. Сцинтилляционный материал, характеристики которого определяются, также может быть сцинтилляционным порошком, который может быть получен из сцинтилляционного исходного материал, причем сцинтилляционный исходный материал может включать в себя порошки оксидов, например, лютеция, гадолиния, галлия, алюминия и так далее. Кроме того, характеристики самого соответствующего сцинтилляционного исходного материала могут быть определены устройством определения характеристик и способом для того, чтобы определить, должен ли этот сцинтилляционный исходный материал использоваться для получения готовых сцинтилляторов.
Источник второго излучения может быть выполнен с возможностью облучения произвольной стороны сцинтилляционного материала, т.е., например, образца сцинтилляционного материала, характеристики которого фактически определяются. Кроме того, прибор обнаружения в составе устройства определения характеристик предпочтительно находится в оптическом контакте со сцинтилляционным материалом либо непосредственно, либо через, например, оптическое волокно или оптически связывающую жидкость, которая передает третье излучение от сцинтилляционного материала на фотодетектор прибора обнаружения. Фотодетектор может содержать кремниевый диод, ФЭУ или кремниевый фотоумножитель (КФУ).
Хотя в описанных выше вариантах осуществления сцинтилляционный материал облучался ионизирующим первым излучением, в других вариантах осуществления сцинтилляционный материал может также облучаться неионизирующим первым излучением, подобным неионизирующему УФ-излучению или излучению в видимом диапазоне с длиной волны менее 450 нм. Если первое излучение является неионизирующим УФ-излучением или светом в видимой части спектра с длиной волны менее 450 нм, может генерироваться соответствующий импульс излучения с длительностью импульса в диапазоне от секунды до нескольких минут, т.е., например, в диапазоне от 1 с до 10 мин.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления источник второго излучения облучает сцинтилляционный материал импульсным вторым излучением с определенной длиной волны более 600 нм, в других вариантах осуществления источник второго излучения может облучать сцинтилляционный материал различными импульсами второго излучения с различными длинами волн, причем длины волн следующих подряд импульсов второго излучения одинаковы или уменьшаются. В частности, сцинтилляционный материал можно облучать импульсом второго излучения с первой длиной волны, затем импульсом второго излучения со второй длиной волны, с последующим импульсом второго излучения с третьей длиной волны и так далее, причем с уменьшением длин волн, т.е. вторая длина волны меньше первой длины волны, третья длина волны меньше второй длины волны и так далее. Первая длина волны более 600 нм, в то время как одна, несколько или все из последующих длин волн могут быть равны или менее 600 нм. Однако, также возможно, что все последующие длины волн более 600 нм.
В течение и/или после облучения сцинтилляционного материала импульсом второго излучения с определенной длиной волны обнаруживают третье излучение, причем это обнаружение третьего излучения для этой определенной длины волны импульса второго излучения выполняют перед облучением сцинтилляционного материала следующим импульсом второго излучения с другой, меньшей длиной волны. Таким образом, третье излучение может быть обнаружено в зависимости от длины волны импульсов второго излучения. Например, для каждой длины волны сигнал обнаружения может быть сгенерирован в зависимости от обнаруженного третьего излучения и сигнал обнаружения может быть интегрирован, причем интегрированный сигнал обнаружения, определенный для определенной длины волны, можно использовать для оценки числа носителей заряда, высвобождаемых из ловушек с использованием соответствующей длины волны второго излучения. Это делает возможной оценку числа ловушек на различных энергетических уровнях.
Источник второго излучения может включать в себя несколько источников суб-излучения для предоставление различных длин волн. Таким образом, информация о глубине ловушек может быть получена при использовании нескольких источников суб-излучения и при их работе последовательно с уменьшаемыми длинами волн, т.е. с увеличивающейся энергией фотонов. Если энергия фотона слишком мала, т.е. меньше, чем разность энергий, необходимая для переведения захваченных носителей заряда оптически в зону проводимости или валентную зону соответственно, захваченные носители заряда не могут быть переведены в зону проводимости или валентную зону соответственно, поскольку ловушки слишком глубоки, и никакого сигнала обнаружения не получают. С ростом энергии фотонов глубины ловушек, из которых носители заряда могут переводиться в зону проводимости или валентную зону соответственно, увеличиваются. Это дает возможность разрешения (различения) ловушек на различных энергетических уровнях, при условии, что последовательно используют источники суб-излучения с уменьшающимися длинами волн, поскольку ловушки, которые освобождаются излучением с низкой энергией фотонов, также будут освобождаться фотонами с большей энергией.
Специалисты в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения, из изучения рисунков, раскрытия и приложенной формулы изобретения смогут понять и осуществить другие варианты к раскрытым вариантам осуществления.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а формы единственного числа не исключают множества.
Единственный блок или устройство может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры перечислены во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с преимуществом.
Процедуры, такие как вычисление значение интегрирования и управления устройством определения характеристик в соответствии со способом определения характеристик могут быть реализованы в виде средства программного кода компьютерной программы и/или в виде специализированных аппаратных средств.
Компьютерная программа может сохраняться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных (информации) или твердотельный носитель информации, поставляемых вместе с или как часть других аппаратных средств, но также могут распространяться в других формах, таких как через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие объем.
Изобретение относится к устройству определения характеристик для определения характеристик сцинтилляционного материала, в частности, для датчика ПЭТ. Источник первого излучения облучает сцинтилляционный материал первым излучением с длиной волны менее 450 нм. Затем источник второго излучения облучает сцинтилляционный материал импульсным вторым излучением с длиной волны более 600 нм и с длительностью импульса, равной или меньшей 50 с, причем прибор обнаружения обнаруживает третье излучение от сцинтилляционного материала в течение и/или после облучения вторым излучением. Третье излучение зависит от количества (числа) носителей заряда, захваченных на электронных дефектах сцинтилляционного материала таким образом, что его можно использовать в качестве индикатора количества электронных дефектов и, таким образом, для определения характеристик сцинтилляционного материала. Это определение характеристик может быть выполнено относительно быстро и сравнительно простым способом.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ПОСЛЕСВЕЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРОВ ОПТИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ | 2009 |
|
RU2399831C1 |
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ЭЛЕКТРОНОВ ПО ЕГО СЕЧЕНИЮ | 2009 |
|
RU2393505C1 |
| СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 2020 |
|
RU2723395C1 |
| МОНОКРИСТАЛЛ СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА ДЛЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 2017 |
|
RU2646407C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ПОСЛЕСВЕЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРОВ НА ОСНОВЕ ВеО и LiO-MgO-SiO-Се | 2007 |
|
RU2345274C1 |
| ОПТИЧЕСКИЙ АККУМУЛИРУЮЩИЙ ЛЮМИНОФОР, СПОСОБ ПРОВЕРКИ ПРИЗНАКА ПОДЛИННОСТИ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА, ПРИЗНАК ПОДЛИННОСТИ И ЦЕННЫЙ ДОКУМЕНТ | 2018 |
|
RU2754537C1 |
| СОСТАВ СЦИНТИЛЛЯТОРА , УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ | 2016 |
|
RU2717223C2 |
| СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНОМ ДЕТЕКТОРЕ НА ОСНОВЕ АНИОНО-ДЕФЕКТНОГО МОНОКРИСТАЛЛА ОКСИДА АЛЮМИНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 2012 |
|
RU2513651C2 |
| СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДОЗЫ В ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ДЕТЕКТОРАХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, НАКОПЛЕННОЙ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ | 2007 |
|
RU2346296C1 |
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА | 2008 |
|
RU2365943C1 |
Группа изобретений относится к устройству определения характеристик для определения характеристик сцинтилляционного материала, в частности, для датчика ПЭТ. Первый источник излучения облучает сцинтилляционный материал первым излучением с длиной волны менее 450 нм. Второй источник излучения облучает сцинтилляционный материал импульсным вторым излучением с длиной волны более 600 нм и с длительностью импульса, равной или меньшей 50 с, причем прибор обнаружения обнаруживает третье излучение от сцинтилляционного материала в течение и/или после облучения вторым излучением. Третье излучение зависит от количества носителей заряда, захваченных на электронных дефектах сцинтилляционного материала, таким образом, что его можно использовать в качестве индикатора количества электронных дефектов и, следовательно, для определения характеристик сцинтилляционного материала. Технический результат – уменьшение времени и упрощение способа определения характеристик сцинтилляционного материала. 4 н. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Устройство (1) определения характеристик сцинтилляционного материала (3), содержащее:
- источник (2) первого излучения для облучения сцинтилляционного материала (3) первым излучением (4) с длиной волны менее 450 нм,
- источник (5) второго излучения для облучения сцинтилляционного материала (3) импульсным вторым излучением (6) с длиной волны более 600 нм и с длительностью импульса, равной или меньшей 50 с, после облучения сцинтилляционного (3) материала первым излучением (4),
- прибор (9) обнаружения третьего излучения (12) от сцинтилляционного материала (3) в течение и/или после облучения вторым излучением (6), причем третье излучение можно использовать в качестве индикатора количества ловушек, захватывающих носители заряда, с тем, чтобы создать возможность для определения характеристик сцинтилляционного материала (3) на основе обнаруженного третьего излучения (12).
2. Устройство определения характеристик по п.1, в котором источник (2) первого излучения выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала (3) ионизирующим излучением.
3. Устройство определения характеристик по п.2, в котором источник (2) первого излучения выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала (3) рентгеновским излучением и/или УФ-излучением, и/или гамма-излучением в качестве первого излучения (4).
4. Устройство определения характеристик по п.1, в котором источник (2) первого излучения выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала (3) неионизирующим УФ-излучением или излучением в видимой части спектра с длиной волны менее 450 нм.
5. Устройство определения характеристик по п.1, в котором источник (5) второго излучения выполнен с возможностью облучения сцинтилляционного материала (3), после облучения сцинтилляционного (3) материала первым излучением (4), сначала вторым излучением с первой длиной волны более 600 нм, а затем вторым излучением со второй длиной волны, причем вторая длина волны меньше первой длины волны.
6. Устройство определения характеристик по п.1, в котором прибор (9) обнаружения выполнен с возможностью генерирования сигнала обнаружения в зависимости от обнаруженного третьего излучения (12), причем устройство (1) определения характеристик дополнительно содержит вычислительный блок (10) для интегрирования сигнала обнаружения с тем, чтобы создать возможность для определения характеристик сцинтилляционного материала (3) на основе интегрированного сигнала обнаружения.
7. Устройство определения характеристик по п.1, в котором сцинтилляционный материал (3) генерирует люминесценцию с длиной волны люминесценции при облучении ионизирующим излучением, причем прибор (9) обнаружения выполнен с возможностью обнаружения излучения с длиной волны люминесценции.
8. Устройство определения характеристик по п.7, в котором прибор (9) обнаружения содержит фильтр (7) длин волн, выполненный с возможностью позволить свету (12) с длиной волны люминесценции проходить фильтр (7) длин волн, и фотодетектор (8) для обнаружения отфильтрованного света.
9. Устройство определения характеристик по п.1, при этом устройство (1) определения характеристик выполнено так, что временной интервал между прекращением облучения сцинтилляционного материала (3) первым излучением (4) и началом облучения сцинтилляционного материала (3) вторым излучением (6) равен 500 с или менее.
10. Устройство определения характеристик по п.1, при этом устройство (1) определения характеристик выполнено с возможностью определения характеристик сцинтилляционного материала (3) для позитронно-эмиссионной томографии, сцинтилляционного материала (3) для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии и/или сцинтилляционного материала (3) для компьютерной томографии.
11. Устройство определения характеристик по п.1, при этом устройство (1) определения характеристик выполнено с возможностью определения характеристик сцинтилляционного материала (3), содержащего германат висмута и/или вольфрамат кадмия, и/или ортосиликат лютеция, и/или ортосиликат лютеция, модифицированный 10-ю процентами иттрия вместо лютеция, и/или гранат на основе гадолиния.
12. Способ определения характеристик сцинтилляционного материала (3), включающий:
- облучение сцинтилляционного материала (3) первым излучением (4) с длиной волны менее 450 нм,
- облучение сцинтилляционного материала (3) импульсным вторым излучением (6) с длиной волны более 600 нм и с длительностью импульса, равной или меньшей 50 с, после облучения сцинтилляционного материала (3) первым излучением (4),
- обнаружение третьего излучения (12) от сцинтилляционного материала (3) в течение и/или после облучения вторым излучением (6), причем третье излучение можно использовать в качестве индикатора количества ловушек, захватывающих носители заряда, для того, чтобы создать возможность для определения характеристик сцинтилляционного материала (3) на основе обнаруженного третьего излучения (12).
13. Способ изготовления прибора обнаружения ионизирующего излучения, включающий:
- предоставление сцинтилляционного материала (3), который генерирует люминесценцию при облучении ионизирующим излучением, и предоставление датчика для обнаружения люминесценции,
- определение характеристик сцинтилляционного материала (3) путем выполнения способа определения характеристик по п.12,
- выбор сцинтилляционного материала (3), который должен использоваться для изготовления прибора (9) обнаружения, на основе определения характеристик,
- изготовление прибора (9) обнаружения на основе выбранного сцинтилляционного материала (3) и предоставленного датчика.
14. Носитель данных, содержащий компьютерную программу для управления устройством определения характеристик по п.1, причем компьютерная программа содержит средство программного кода для побуждения устройства определения характеристик выполнять этапы способа определения характеристик по п.12, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляя устройством определения характеристик.
| N.R.J | |||
| Poolton et al: "Non-resonant X-ray/laser interaction spectroscopy as a method for assessing charge competition, trapping and luminescence efficiency in wide band-gap materials",JOURNAL OF LUMINESCENCE, ELSEVIER BV NORTH-HOLLAND, NL, vol | |||
| Реверсивный дисковый культиватор для тросовой тяги | 1923 |
|
SU130A1 |
| Топка с несколькими решетками для твердого топлива | 1918 |
|
SU8A1 |
| WO 2008126012 A2, 23.10.2008 | |||
| US 7202479 B2, 10.04.2007 | |||
| СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ | 1999 |
|
RU2173469C2 |
