專利名稱：多元件x射線輻射探測(cè)器、用于其的稀土x射線發(fā)光體和用于將多元件閃爍器和探測(cè)器形 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理能量范圍為5keV至200keV的X射線輻射的成像和可視表示的技術(shù)的X射線工程以及醫(yī)學(xué)診斷。特別地，本發(fā)明可用于控制和監(jiān)測(cè)活體中的病理變化的醫(yī)學(xué)。已知為放射學(xué)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域追溯到XX世紀(jì)初，德國(guó)物理學(xué)家C. Rontgen(倫琴)發(fā)現(xiàn)了以他命名的穿透輻射。 本發(fā)明也能夠適用于主要任務(wù)為揭示主病理的病人的動(dòng)態(tài)流預(yù)防檢查。本發(fā)明也可以用于牙頜區(qū)域的X射線檢查的牙科中。本發(fā)明可以扮演的另一重要角色是在哺乳動(dòng)物學(xué)領(lǐng)域用于婦女的乳房檢查。除了醫(yī)學(xué)以外，本發(fā)明可用于各種機(jī)械學(xué)領(lǐng)域中的探傷和無(wú)損檢查系統(tǒng)，例如管道的焊接檢查。本發(fā)明對(duì)于流質(zhì)量控制可能是唯一途徑的技術(shù)的全面武裝的軍需品的質(zhì)量控制特別重要。本發(fā)明可以用于鐵路、航空以及海運(yùn)中帶維度的貨物的海關(guān)監(jiān)管。對(duì)于無(wú)損質(zhì)量控制和診斷的需求部分解釋了本發(fā)明可能用途的廣泛范圍，并且是包括具有用于信息讀取、計(jì)算機(jī)處理和存檔的矩陣型半導(dǎo)體系統(tǒng)的閃爍器的當(dāng)前技術(shù)水平的材料的不平常的組合。毫無(wú)疑問(wèn)，本發(fā)明涉及先進(jìn)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
19世紀(jì)20年代制造了第一臺(tái)X射線設(shè)備，并且其包括X射線發(fā)射源和輻射接收器。從那時(shí)起，X射線發(fā)射源沒(méi)有發(fā)生大的變化真空裝置的高能加速電子束轟擊由鎢(W)鑰(Mo)或一些時(shí)候由銅(Cu)制造的金屬對(duì)陰極。對(duì)形成的沖擊X射線輻射進(jìn)行濾波以使其成為單色的，并且然后通過(guò)輻射可穿透型的特殊材料(諸如鈹箔)逃逸出該裝置。產(chǎn)生的X射線束具有數(shù)毫米至數(shù)十厘米的直徑。將需要檢查的不可穿透的結(jié)構(gòu)或物體放入到該束中。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于束中X射線量子密度的變化進(jìn)行可視成像的唯一方法是通過(guò)基于銀鹵化物的感光乳膠探測(cè)器。但是由于探測(cè)層的相對(duì)較低的密度(2-3g/cm3)和銀鹵化物對(duì)X射線輻射的低靈敏度，該方法需要X射線輻射的高曝光，因此限制了醫(yī)學(xué)用途。針對(duì)顯著降低對(duì)于X射線檢查的病人的曝光劑量的第一種技術(shù)方案是X射線增感屏。這些屏允許量子能量的物理偏移。屏基本是暴露于X射線時(shí)受輻射的物質(zhì)-X射線發(fā)光材料的薄層。屏通常制造為包括前和后屏以及感光膜的盒的形式。前屏具有X射線發(fā)光材料的較薄層，而后屏則致力于幾乎完全終止X射線輻射。長(zhǎng)期以來(lái)，增感屏中X射線發(fā)光材料中的主要材料是鎢酸鈣(CaWO4tl，其特征為高重力密度和中等能量轉(zhuǎn)換效率(6. 0-8.0% ))。這些參數(shù)用作X射線發(fā)光材料的最佳化合物的參考。對(duì)于這些化合物的基本的要求如下-平均原子序數(shù)N超過(guò)40原子單位；-重力密度超過(guò)4.5g/cm3 ;
-X射線發(fā)光材料發(fā)射的能效> 6% ；-背輝光(backglow)小于 1*10 3 秒；-輻射的光譜最大值\> 400nm?；赬射線輻射與(在醫(yī)學(xué)X射線診斷中的)活組織之間的或者X射線輻射與(X射線探傷中的)復(fù)雜系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的部分之間的直接相互作用的放射學(xué)允許在光感膜或半透屏中的以下成像特征-分辨率1-0.6mm姆線對(duì)；
-暗或亮場(chǎng)與背景之間的比率的對(duì)比度低于30%；-尺寸為650-800u m的極小細(xì)節(jié)的成像；-后輝光周期大約I 10_3秒。應(yīng)當(dāng)注意，即使對(duì)于在(I. 0至10倫琴單位每胃腸道的檢查)技術(shù)水平時(shí)的技術(shù)來(lái)說(shuō)，病人的輻射應(yīng)力也是過(guò)量的[I]。在40-70年代的X射線診斷的低特征使基于其它物理原理的診斷的新方法的開(kāi)發(fā)成為必要；因此，在1964年[2]，提出了第一臺(tái)X射線電光圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(EOIC)，其控制X射線輻射至可見(jiàn)光的主轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)導(dǎo))并且進(jìn)一歩多重增強(qiáng)以及將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為小畫框電視圖像[2]。第一 EOIC的換能器是基于諸如水可溶的碘酸銫的鹵化物發(fā)光材料，其使得裝備的制造技術(shù)顯著復(fù)雜。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了快速X射線光倫琴射線照相術(shù)的方法，其涉及通過(guò)大孔徑透鏡系統(tǒng)將在大的半透明發(fā)光屏上形成的圖像投影至感光膠片上。該方法對(duì)于在短時(shí)期內(nèi)需要檢查的病人的應(yīng)用來(lái)說(shuō)比較方便。光倫琴射線照相術(shù)僅能發(fā)現(xiàn)大的病灶。從70年代中期開(kāi)始，稀土 X射線發(fā)光材料的時(shí)代開(kāi)始了，首先是主氧硫化物(Y202STb, Gd2O2S = Tb),然后是溴氧化物(LaOBr)。以下總結(jié)這個(gè)時(shí)期的材料和屏發(fā)展的主要成就和挑戰(zhàn)[5]。用于放射學(xué)的材料的快速發(fā)展時(shí)期帶來(lái)重要的科學(xué)結(jié)果，特別是，對(duì)X射線發(fā)光矩陣的化學(xué)鍵合的需求調(diào)節(jié)，以及實(shí)現(xiàn)了具有在X射線或伽馬射線輻射(例如22%的Y202STb)下的可見(jiàn)光能輸出效率的良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這鋪設(shè)了通往新的知識(shí)水平的道路。La2O3-La2O2S-LaOBriTb中的比較表明在先前幾乎完全具有離子鍵合的發(fā)光矩陣中的共價(jià)型鍵合中的顯著影響。在X射線發(fā)光材料的最優(yōu)參數(shù)的以下表格中可以總結(jié)研究結(jié)果以及某些概括。表I
權(quán)利要求
1.一種多元件X射線探測(cè)器，包括板式多元件閃爍器，所述板式多元件閃爍器將落到所述閃爍器的外表面上的X射線轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光；以及光電探測(cè)器矩陣，所述光電探測(cè)器矩陣與所述閃爍器的發(fā)射表面光學(xué)接觸并且將所述閃爍器的內(nèi)表面上發(fā)射的光輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 所述多元件X射線探測(cè)器的主要特征在于 所述多元件閃爍器組合定位于由X射線吸收和光反射金屬制成的網(wǎng)格的單元中的異相發(fā)光元件的離散集，且所述網(wǎng)格具有每個(gè)特定發(fā)光元件的間隔、橫截面和互連厚度的幾何尺寸，并且與光電探測(cè)器矩陣的動(dòng)作相符；所述金屬網(wǎng)格的后側(cè)具有反射層，而其前表面具有與發(fā)光探測(cè)器成元件到元件接觸的多元件半導(dǎo)體矩陣；這些接觸的元件由能量為30至140keV的X射線輻射同時(shí)激發(fā)。
2.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，所述金屬網(wǎng)格由原子序數(shù)在N=24至N = 74之間的元素制成，其中所述網(wǎng)格尺寸為每lmm2-4、20-40或40-60匝。
3.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，所述X射線敏感層是包括通過(guò)由原子序數(shù)為24至74的元素制成的金屬網(wǎng)格的單元來(lái)設(shè)置的X射線發(fā)光層的多元件馬賽克。
4.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，其后表面涂覆有2000A至6000A厚的雙層反射膜，而在所述探測(cè)器上具有小于1000A厚的金屬銀層，所述金屬銀層外涂覆有小于5000A厚的反射鋁層。
5.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，所述網(wǎng)格匝電涂覆有小于2000A厚的反射銀層。
6.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，金屬編織的、纏繞的或電沉積的網(wǎng)格片用于產(chǎn)生所述探測(cè)器的X射線敏感層的單元式多元件結(jié)構(gòu)，其特征為大于48% (基本地，大于61 % )的“真實(shí)橫截面”以及每Imm網(wǎng)格片長(zhǎng)度大于3條線。
7.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，使用由不銹鋼、鎳或青銅制成且具有低于64. 5%的“真實(shí)橫截面”的編織網(wǎng)格片，或使用由鎢線制成且具有低于85%的“真實(shí)橫截面”的纏繞的網(wǎng)格片，用于金屬網(wǎng)格。
8.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，其X射線敏感層由折射率為η=I. 59至I. 60的聚碳酸酯提供的分散介質(zhì)制成，其封裝包括折射率η = 2. 2的稀土 X射線發(fā)光顆粒的所述分散介質(zhì)。
9.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，利用模鑄的生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)方法包括在光電探測(cè)器矩陣的表面上的聚合物粘結(jié)劑的溶液中分布X射線發(fā)光液體懸浮物，所述聚合物粘結(jié)劑是分子量為M = 10000-15000碳單位，溶解在諸如二氯甲烷的低沸點(diǎn)溶劑中的聚碳酸酯；Χ射線發(fā)光粉末占到所述聚合物的質(zhì)量的20至56%。
10.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，由多層非晶硅或多晶硅通過(guò)光刻工藝和化學(xué)蝕刻制成探測(cè)器矩陣。
11.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，X射線敏感層直接應(yīng)用于其上固定有金屬網(wǎng)格片的所述光電探測(cè)器矩陣上，使得所述光電探測(cè)器的光學(xué)中心正好定位于每個(gè)網(wǎng)格單元的“真實(shí)橫截面”的中心。
12.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，X射線敏感層應(yīng)用于由X射線可穿透材料制成且其上固定有金屬網(wǎng)格片的分離板上；所述網(wǎng)格附著于所述光電探測(cè)器矩陣，且所述網(wǎng)格的單元邊保持X射線發(fā)光，以使得光電探測(cè)器的光學(xué)中心正好定位于每個(gè)網(wǎng)格單元的“真實(shí)橫截面”的中心。
13.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，其中，其對(duì)比度大于50%且分辨率大于每I毫米4線對(duì)。
14.如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器，具有稀土元素的活性化合物，其中，其異相離散發(fā)光元件包含由多配體硫氧化物元素獲得的稀土發(fā)光的單晶微觀顆粒，硫氧化物元素諸如釓、镥、銪、鏑、鉍和錸，并且在它們的鹽基中，以鹵素部分地取代氧，并且以氮部分地取代硫，從而具有以下化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)式 (Σ Me) 202-X( Σ Hal)x/2N_3x/2S1+y 其中Σ Me = Gd和/或Lu和/或Dy和/或Eu和/或Bi和/或Re,Hal = F-1 和 / 或 CF1 和 / 或 Br4 和 / 或 Γ1，O. 01 < χ ^ O. 08,0. 001 ^ y ^ O. 01， 并且，所述發(fā)光的顆粒成形為以20至65%的比率涂覆有分散相的聚合物粘結(jié)劑的三維多邊形。
15.一種用于如權(quán)利要求I所述的多元件X射線探測(cè)器的如權(quán)利要求14所述的X射線發(fā)光材料的生產(chǎn)工藝，通過(guò)稀土組成物的共沉積以及隨后在稀土離子和d-shell離子(Bi、Re、Br-1和Γ)熔融化合物中的熱處理，其中合成是兩個(gè)階段的；第一階段通過(guò)在溫度為T=400°C至T = 700°C下稀土元素、Bi和Re的初始共沉積的氧化物與銨鹵化物之間反應(yīng)1_4小時(shí)來(lái)產(chǎn)生陽(yáng)離子亞族元素的鹵氧化物，隨后在溫度為T = 800°C至T= 1200°C下以I : I至I : 3的分子比在熔融硫族化物中二次熱處理2-8小時(shí)，隨后以水或礦物酸溶液濾取出最終產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明涉及X射線技術(shù)和醫(yī)學(xué)診斷，并且能夠用于進(jìn)行各種物品和管道系統(tǒng)的伽瑪探傷。該技術(shù)導(dǎo)致所產(chǎn)生的整體圖像的對(duì)比度增大。多元件X射線輻射探測(cè)器包括以異相發(fā)光元件的離散集形式的平的多元件閃爍器，異相發(fā)光元件設(shè)置在由吸收X射線輻射并反射光的金屬制成的網(wǎng)格的單元中，網(wǎng)格的增量尺寸對(duì)應(yīng)于光接收器矩陣的增量尺寸。形成多元件發(fā)光閃爍器的金屬網(wǎng)格由原子序數(shù)從N＝26(鐵)到N＝74(鎢)的元素制成，其具有鍍銀線圈，并且將閃爍器元件彼此光學(xué)分開(kāi)。網(wǎng)格的線圈的直徑從0.06mm到0.16mm，并且網(wǎng)格的有效橫截面的面積在45％至82％之間。閃爍器包括基于附加鉍和錸以及氟、氯、溴和碘的釓-镥-銪的多配體氧硫化物的X射線發(fā)光體。以兩個(gè)階段進(jìn)行合成工藝。在第一階段中，通過(guò)將稀土元素Bi和Re的初始共沉淀氧化物與銨鹵化物反應(yīng)形成組成陽(yáng)離子亞族的元素的鹵氧化物。所得到的產(chǎn)物然后在堿性硫族化物熔體中經(jīng)受重復(fù)的熱處理。
文檔編號(hào)G01T1/20GK102763004SQ201080046176
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者N·P·索斯金, V·N·烏拉休科 申請(qǐng)人:“Stc-Mt”有限責(zé)任公司, 科學(xué)生產(chǎn)商業(yè)公司愛(ài)達(dá)爾股份有限公司