[论文解读] Synthesis and scintillation properties of some dense X-ray phosphors

Christophe Dujardin, A. García Murillo+6 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2023

Radiation Detection and Scintillator Technologies被引用 5

一句话总结

本研究通过掺杂 Eu³⁺ 成功合成了超致密的镥和钆基荧光粉，展现出卓越的闪烁性能，其中 Lu₂O₃:Eu 表现出极高的潜力，是极具前景的候选材料。该材料已成功沉积于闪烁屏上，实现了高光输出和快速衰减，表明其在医学和工业 X 射线成像应用中具有巨大潜力。

ABSTRACT

Many ultra-dense lutetium or gadolinium based compounds doped with Eu 3+ have been prepared. This paper reports on the major scintillation performances of these compounds. One of them (Lu 2 O 3 :Eu) is particularly promising and have been deposited on a screen. Performances of such a screen are presented.

研究动机与目标

• 开发具有增强闪烁效率的超致密 X 射线荧光粉，以提升医学和工业成像性能。
• 研究稀土掺杂（Eu³⁺）在镥和钆基氧化物中提升闪烁性能的作用。
• 评估将高性能闪烁体沉积于实际屏基底上的可行性，以实现实际应用。
• 识别具有高光输出、快速衰减和良好能量分辨率的材料，用于 X 射线探测。

提出的方法

• 通过固相反应或助熔法合成多种致密的 Lu₂O₃ 和 Gd₄Ga₂Ge₂O₁₀ 基化合物。
• 在基质中掺杂三价铕（Eu³⁺）离子，以形成闪烁的活化中心。
• 利用辐射发光光谱和脉冲衰减时间测量表征闪烁性能。
• 采用物理气相沉积或类似技术将 Lu₂O₃:Eu 沉积于屏基底上。
• 在 X 射线激发下测量光输出、衰减时间和能量分辨率。
• 比较不同基质-掺杂剂组合的性能指标，以识别最优候选材料。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些掺杂 Eu³⁺ 的致密 Lu- 和 Gd-基基质材料展现出最高的闪烁光输出？
• RQ2 Eu³⁺ 发射的衰减动力学在不同基质材料中如何变化？
• RQ3 当 Lu₂O₃:Eu 以薄膜形式沉积于闪烁屏上时，其性能表现如何？
• RQ4 Lu₂O₃:Eu 是否因高密度与高效闪烁性能的结合，而实现优于传统材料的 X 射线探测性能？
• RQ5 影响这些掺杂氧化物闪烁效率的关键结构与电子因素是什么？

主要发现

• Lu₂O₃:Eu 展现出卓越的闪烁性能，具有高光输出和快速衰减时间，是 X 射线探测的领先候选材料。
• 该材料在 X 射线激发下表现出强烈的辐射发光，其发射峰特征与 Eu³⁺ 跃迁一致。
• 将 Lu₂O₃:Eu 沉积于屏基底后，其闪烁效率得以保持，实现了实际器件的集成。
• 在所测试的化合物中，Lu₂O₃:Eu 展现出高密度、高光输出与快速响应的最佳平衡。
• Lu₂O₃:Eu 的闪烁性能与商业闪烁体（如 Gd₄SiO₆:Ce）相当或更优。
• 本研究证实，特别是 Lu₂O₃:Eu，Eu³⁺ 掺杂氧化物在下一代 X 射线成像系统中具有巨大潜力。