李江, 丁继扬, 黄新友

无机材料学报 2021, 36 (8): 789-806. DOI:10.15541/jim20200544

摘要（1248）

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稀土离子掺杂Gd₂O₂S闪烁陶瓷是20世纪80年代以后发展的硫氧化物闪烁体。高密度和高热中子吸收截面的Gd₂O₂S基质具有高的X射线和热中子阻止能力, 稀土离子(Pr³⁺、Tb³⁺等)的掺杂使其表现出快衰减或高光产额等特性, 在闪烁领域的应用中占据着重要地位。硫氧化合物的组分控制一直是其合成过程中需要解决的关键问题, Gd₂O₂S材料的高熔点和S元素挥发严重的问题, 限制了高光学质量和优良闪烁性能单晶的制备, 因此陶瓷是Gd₂O₂S闪烁体的主要应用形式。颗粒小、粒径分布窄且低团聚的纯相Gd₂O₂S粉体是高质量闪烁陶瓷烧结的关键, 单纯提高烧结温度制备的Gd₂O₂S闪烁陶瓷会产生大量的硫空位和氧空位, 降低材料的闪烁性能。制备Gd₂O₂S闪烁陶瓷通常需要压力辅助烧结, 这种苛刻的制备条件提高了生产成本。本文介绍了闪烁体的闪烁机理及研究概况, 着重综述了Gd₂O₂S闪烁陶瓷的制备工艺、缺陷的解决方法以及在中子成像和医学X-CT上的研究现状及应用情况, 最后对全文进行总结并对Gd₂O₂S闪烁陶瓷发展前景进行了展望。

X射线的发现标志着放射医学的正式诞生, 开启了医学影像崭新时代, 医学影像技术是生物医学工程各分支学科研究中不可或缺的重要手段。20世纪以来, 物理学和计算机科学的发展直接促进了现代医学影像学的建立和发展, 为各种疾病诊断提供了器官、组织、细胞甚至分子水平的图像。X射线计算机断层扫描技术(X-CT)是医学诊断领域最重要的检测之一。图14是X-CT成像系统的原理图, 它由发射扇形X射线束的X射线管和多个X射线检测元件的X射线探测器构成, X射线检测元件以物体的截面为中心而相对布置。当X射线管相对于物体循环时, 来自X射线管的扇形X射线束照射在物体上, X射线穿过物体后会发生不同程度的衰减, 探测器中的闪烁体将衰变的X射线转变为可见光, 光电转换器再将光信号转变为电信号, 最后计算机对X射线吸收数据进行分析重建断层图。在具有闪烁特性的固体材料中, 稀土硫氧化物闪烁陶瓷具有较高的发光效率和低余辉性能, 与光电二极管的组合被广泛用作辐射探测器[29]。