铜基闪烁体-微孔模板、双能X射线探测器及制备方法

本发明涉及光电检测，具体涉及辐射探测中的间接探测领域，更具体地涉及铜基闪烁体-微孔模板、双能x射线探测器及制备方法。

背景技术：

1、x射线探测器被广泛应用于医疗诊断、放射治疗、安全检查、工业无损探伤等领域。在传统的x射线成像技术中，成像结果由灰度值显示，灰度值的分辨基于不同物体对x射线不同的衰减系数，这取决于其原子序数、物理密度以及光束能量，这种依靠衰减系数分布来区分物体内部材料分布或元素组成的方式在应用上容易造成误判以及产生不同程度的图像伪影。随着对x射线成像的要求越来越高，迫切需要一种能够更加准确地反映物体内部信息分布的成像技术。

2、双能x射线探测技术是实现能量分辨和密度分辨的有效方法之一，得益于射线源及探测器技术的发展和图像重建理论的进步，双能x射线探测器在诸多领域中得到了广泛的应用，例如，在医学诊断领域，双能x射线探测器主要用于骨骼与软组织之间的分离、骨密度和肝脏中铁含量浓度的测量等；在放疗中，双能x射线探测器主要用于划定病灶区域、辐射剂量计算等；在安全检查领域，双能x射线探测器主要用于检查低原子序数物质，如酒精等违禁品。

3、在实现本发明构思的过程中，发明人发现目前闪烁探测器中闪烁体，例如，铅基钙钛矿闪烁体，由于普遍存在自吸收现象导致光产额损耗，闪烁体层厚度限制等，导致闪烁体在双能探测领域的应用受限。例如，csi:tl闪烁体发光半峰宽高达200nm，限制了csi:tl闪烁体在双能探测领域的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种铜基闪烁体-微孔模板、双能x射线探测器及制备方法。

2、本发明的第一个方面提供了一种铜基闪烁体-微孔模板，包括：微孔模板、铜基闪烁体晶体、锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体；其中，微孔模板包括均匀分布的多个孔，多个孔中每个孔均用于分别填充铜基闪烁体晶体和锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体，填充后的多个孔中每个孔均相同，铜基闪烁体晶体是基于铜基卤化物粉末制备得到的，锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体是在铜基卤化物粉末中掺杂锰离子得到的。

3、根据本发明的实施例，铜基闪烁体-微孔模板还包括x射线硬化层；其中，x射线硬化层位于铜基闪烁体晶体和锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体之间，用于分离铜基闪烁体晶体和锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体吸收的x射线。

4、根据本发明的实施例，x射线硬化层的高度为500μm~2mm，x射线硬化层是基于聚二甲基硅氧烷制备得到的。

5、根据本发明的实施例，多个孔中每个孔的直径为500nm~100μm，多个孔中每个孔的高度为10μm~10mm，微孔模板包括以下至少之一：阳极氧化铝、铝毛细管、硅、氧化硅。

6、本发明的第二个方面提供了一种基于铜基闪烁体-微孔模板的双能x射线探测器，包括：铜基闪烁体-微孔模板和可见光探测器；其中，铜基闪烁体-微孔模板为上述的铜基闪烁体-微孔模板，可见光探测器与铜基闪烁体-微孔模板接触，可见光探测器位于铜基闪烁体晶体的下方，用于将x射线光子与铜基闪烁体晶体或锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体相互作用时产生的可见光光子检测并转换成电信号。

7、根据本发明的实施例，双能x射线探测器还包括封装层；其中，封装层用于封装铜基闪烁体-微孔模板与可见光探测器未接触的面。

8、本发明的第三个方面提供了一种铜基闪烁体-微孔模板的制备方法，包括：将覆盖在微孔模板上方的铜基卤化物粉末加热，使得铜基卤化物粉末达到熔融状态填充到微孔模板中，并降温以使熔融态的铜基闪烁体粉末在微孔模板中形成晶体，得到铜基闪烁体晶体层，其中，铜基卤化物粉末是将ax与cux的固体材料进行研磨得到的，a表示碱金属元素，x表示卤族元素；将覆盖在微孔模板上方的掺杂锰离子的铜基卤化物粉末加热，使得掺杂锰离子的铜基卤化物粉末达到熔融状态填充到微孔模板中，并降温以使熔融态的掺杂锰离子的铜基闪烁体粉末在微孔模板中形成晶体，得到掺杂锰离子的铜基闪烁体晶体层，掺杂锰离子的铜基闪烁体粉末是ax、cux以及mnx2的固体材料进行研磨得到的；将铜基闪烁体晶体层与掺杂锰离子的铜基闪烁体晶体层耦合，得到铜基闪烁体-微孔模板。

9、根据本发明的实施例，铜基闪烁体-微孔模板的制备方法还包括：将聚二甲基硅氧烷浇筑到微孔模板中固化形成x射线硬化层；将铜基闪烁体晶体层、x射线硬化层以及掺杂锰离子的铜基闪烁体晶体层依次叠加耦合，得到铜基闪烁体-微孔模板。

10、本发明的第四个方面提供了一种基于铜基闪烁体-微孔模板的双能x射线探测器的制备方法，包括：将铜基闪烁体-微孔模板与可见光探测器耦合得到双能x射线探测器，其中，铜基闪烁体-微孔模板是根据上述铜基闪烁体-微孔模板的制备方法得到的，可见光探测器位于铜基闪烁体晶体的下方。

11、根据本发明的实施例，基于铜基闪烁体-微孔模板的双能x射线探测器的制备方法还包括：用光学胶将铜基闪烁体-微孔模板与可见光探测器未接触的面进行封装，得到双能x射线探测器。

12、根据本发明的实施例，铜基闪烁体晶体具有高光产额，没有自吸收现象并且具有小的发光半峰宽。此外，通过掺杂不同的元素，可以调节铜基闪烁体晶体的发光波长。因此，基于铜基闪烁体晶体可以实现双能x射线探测器的制备。铜基闪烁体晶体具有极佳的透光性，可以提高光子的提取率，但是由于透光性的提高，光子在闪烁体中的横向扩散将会大大降低探测器的空间分辨率。在闪烁体层中引入了微孔结构，降低了光子在闪烁体层中的横向扩散以及在闪烁体层间的串扰，依此得到的铜基闪烁体-微孔模板能够用于双能x射线探测器中，提高双能x射线探测器的空间分辨能力。

技术特征：

1.一种铜基闪烁体-微孔模板，其特征在于，所述铜基闪烁体-微孔模板包括：微孔模板、铜基闪烁体晶体、锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体；

2.根据权利要求1所述的铜基闪烁体-微孔模板，其特征在于，所述铜基闪烁体-微孔模板还包括x射线硬化层；

3.根据权利要求2所述的铜基闪烁体-微孔模板，其特征在于，所述x射线硬化层的高度为500μm~2mm，所述x射线硬化层是基于聚二甲基硅氧烷制备得到的。

4.根据权利要求1~3任一项所述的铜基闪烁体-微孔模板，其特征在于，多个所述孔中每个孔的直径为500nm~100μm，多个所述孔中每个孔的高度为10μm~10mm，所述微孔模板包括以下至少之一：阳极氧化铝、铝毛细管、硅、氧化硅。

5.一种基于铜基闪烁体-微孔模板的双能x射线探测器，其特征在于，所述双能x射线探测器包括：铜基闪烁体-微孔模板和可见光探测器；

6.根据权利要求5所述的双能x射线探测器，其特征在于，所述双能x射线探测器还包括封装层；

7.一种铜基闪烁体-微孔模板的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.一种基于铜基闪烁体-微孔模板的双能x射线探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结本发明提供了一种铜基闪烁体‑微孔模板、双能X射线探测器及制备方法。该铜基闪烁体‑微孔模板包括：微孔模板、铜基闪烁体晶体、锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体；其中，微孔模板包括均匀分布的多个孔，多个孔中每个孔均用于分别填充铜基闪烁体晶体和锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体，填充后的多个孔中每个孔均相同，铜基闪烁体晶体是基于铜基卤化物粉末制备得到的，锰离子掺杂的铜基闪烁体晶体是在铜基卤化物粉末中掺杂锰离子得到的。技术研发人员：肖正国,张以涵,黄总铭受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20