Керамика GOS: Полное руководство
Введение:
Керамика GOS, сокращённо от оксисульфид гадолиния, представляет собой передовой материал с выдающимися свойствами. В этой статье описывается состав керамики GOS, представлены её разновидности (GOS:Pr и GOS:Tb), рассмотрены применения GOS в КТ- и рентгенографии, а также рассказывается об инновационном GOS-сцинтилляционном экране.
Рисунок 1. Пример керамики GOS от Shalom EO
Из чего состоит керамика GOS?
Керамика GOS, или оксисульфид гадолиния, в основном состоит из химического соединения Gd₂O₂S. Гадолиний — редкоземельный элемент, и в форме оксисульфида он проявляет уникальные люминесцентные свойства, делающие его идеальным для применения в сцинтилляционных экранах для медицинской и промышленной визуализации.
Керамика GOS имеет гексагональную кристаллическую систему (пространственная группа P3̄m1; параметры решётки: a = b = 0,3851 нм, c = 0,6664 нм) с тригональной симметрией. Каждый ион гадолиния координирован четырьмя атомами кислорода и тремя атомами серы в асимметричной среде без центра инверсии.
Состав керамики GOS может дополняться активаторами для улучшения люминесценции и производительности. Так, GOS:Pr обозначает GOS, активированную празеодимом, а GOS:Tb — активированную тербием. Эти добавки позволяют настраивать свойства материала под конкретные задачи, например, в медицинской визуализации.
Таким образом, керамика GOS — перспективный сцинтилляционный материал с высокой плотностью и большим эффективным атомным номером Gd, обеспечивающими высокую вероятность взаимодействия с рентгеновским излучением. Свойства материала можно дополнительно изменять, вводя различные активаторы для разных применений.
Особенности керамики GOS:
Твёрдый оксисульфид гадолиния (GOS) обладает выдающимися химическими и физическими характеристиками: высокой температурой плавления (2070 °C), большой плотностью (7,43 г/см³), высоким коэффициентом ослабления рентгеновских лучей (~52 см⁻¹ при 70 кэВ), широким запрещённым простраством (4,6–4,8 эВ), отличной химической стойкостью, низкой энергией фононов, низкой кристаллической симметрией и низкой токсичностью. Эти свойства делают его превосходным матриксом для люминесценции и сцинтилляции.
Керамика GOS и её модификации, легированные редкоземельными элементами, демонстрируют высокий световой выход и малое остаточное свечение, что идеально для сцинтилляторов.
Варианты GOS:Pr и GOS:Tb:
Добавление активаторов в керамику GOS придаёт ей уникальные характеристики и расширяет области применения. GOS:Pr и GOS:Tb — это разновидности GOS, активированные празеодимом (Pr) и тербием (Tb) соответственно. Эти активаторы позволяют адаптировать параметры люминесценции и чувствительности материала для конкретных задач, особенно в сцинтилляционных экранах.
GOS:Pr (оксисульфид гадолиния, активированный празеодимом):
Празеодим придаёт GOS особые люминесцентные свойства. Экран на основе GOS:Pr отличается высокой эффективностью преобразования рентгеновского излучения в видимый свет, коротким временем свечения, малым остаточным свечением, высокой химстойкостью и хорошим спектральным соответствием с чувствительностью кремниевых фотодиодов. Это делает GOS:Pr превосходным материалом для медицинской визуализации высокого качества.
GOS:Tb (оксисульфид гадолиния, активированный тербием):
Тербий даёт GOS эмиссию в диапазоне 382–622 нм с пиком на 545 нм, что делает GOS:Tb отличным зелёным фосфором для проекционных ЭЛТ и рентгеновских усиливающих экранов. Однако при повышении температуры КПД такого материала снижается.
Выбор между GOS:Pr и GOS:Tb зависит от требований к люминесценции, чувствительности и другим характеристикам сцинтилляционного экрана.
GOS-сцинтилляционный экран:
Одно из ключевых применений керамики GOS — изготовление сцинтилляционных экранов, которые эффективно захватывают и преобразуют излучение в видимый свет, обеспечивая высокое разрешение изображений в медицинских и промышленных приборах.
GOS-сцинтилляционные экраны разработаны для максимального светового выхода. Эффективное преобразование рентгеновского излучения в видимый свет критично для получения чётких и детализированных изображений.
GOS-экраны повышают разрешающую способность устройств: высокий КПД преобразования обеспечивает улучшенную чёткость и детализацию картинки.
Экраны на основе GOS, особенно активированные тербием (GOS:Tb), обладают высокой чувствительностью к низким уровням излучения, что важно там, где необходимо фиксировать слабые сигналы.
GOS-сцинтилляционные экраны применяются не только в медицине, но и в промышленной дефектоскопии, неразрушающем контроле и других областях, где требуется преобразование излучения в свет для визуализации.
Интеграция GOS-экранов способствует развитию инновационных систем визуализации, делая их более производительными и точными.
Технология производства GOS-сцинтилляционных экранов
Основные этапы изготовления:
1. Совместное осаждение порошков Gd₂O₃ и Tb₂O₃;
2. Сульфидизация и спекание при высокой температуре для формирования зерен Gd₂O₂S;
3. Добавление связующего, прессование состава и приклеивание к подложке из ПЭТ;
4. Нанесение защитного покрытия на выходящую поверхность;
5. Gd₂O₂S:Tb — эмиссионный пик на 550 нм.
Рисунок 2. Схема структуры GOS-сцинтилляционных экранов
Применения керамики GOS:
Благодаря уникальным люминесцентным и чувствительным свойствам керамика GOS нашла применение в различных областях:
Медицинская визуализация:
Используется в рентгенографии и КТ для преобразования рентгеновских фотонов в видимый свет с высоким разрешением.
Промышленная радиография:
Применяется в неразрушающем контроле для обнаружения дефектов в деталях без повреждений.
Системы безопасности:
Используется в багажных сканерах аэропортов для получения детализированных изображений потенциальных угроз.
Ядерная медицина:
Применяется при визуализации радиоизотопов в организме, обеспечивая точную диагностику.
Гамма-камеры:
Встраивается в гамма-камеры для регистрации гамма-лучей и их преобразования в видимый свет.
Научные исследования:
Используется в экспериментах по детекции излучения в научных и исследовательских установках.
Дозиметрия:
Применяется для измерения и контроля доз излучения в медицине и на производстве.
Экологический контроль:
Используется для мониторинга уровня радиации в окружающей среде и обеспечения безопасности экосистем.
Заключение:
Керамика GOS, включая варианты GOS:Pr и GOS:Tb, представляет собой прорыв в материаловедении. Сочетание оксисульфида гадолиния с активаторами открывает новые перспективы в КТ- и рентгеновской визуализации. Разработка GOS-сцинтилляционных экранов подчёркивает универсальность и эффективность этого материала в современных системах визуализации. По мере дальнейших исследований потенциал керамики GOS в применении высокопроизводительных люминесцентных материалов будет только расти.
Компания Hangzhou Shalom EO специализируется на производстве керамики GOS (GOS:Tb, GOS:Pr и сцинтилляционных экранов GOS), предлагая решения с высоким световым выходом, малым остаточным свечением и экологической безопасностью.
Tags: Раскрытие возможностей керамики GOS: Полное руководство