[发明专利]低能辐射防护玻璃的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低能辐射防护玻璃的制造方法，属于防辐射玻璃制造领域。

背景技术

低能辐射防护玻璃是根据辐射防护理论“光电作用概率与壳层电子结合能的K吸收限”的原理研制而成。

在光子能量较低时，它与物质的相互作用以光电效应为主。光电效应在原子各壳层上发生的概率与壳层电子的结合能有关，在原子中束缚越紧的电子，发生光电效应的概率越大，在入射光子能量等于某一壳层电子的结合能时，光电效应在该壳层发生的概率最大，这就导致了光电作用概率在光子能量等于K或L壳层电子结合能的地方发生突变。此时光电效应发生概率最大，也就是物质吸收射线效果最佳。

一种优良的防辐射玻璃，理论上其可见光透过率高，抗辐照符合安全要求，同时在实际生产中具备“结构简单、生产方便、价格低”等优点。但是由于高能粒子和高能辐射作用于一般光学玻璃后，要在紫外、可见和红外区域产生一系列由玻璃中氧离子空位与游离电子结合所产生的色心，从而造成玻璃的透过率大大下降，且主要表现在紫外和可见光区域。为了保证在辐照环境下玻璃能够正常工作，在国内外研究中非常重视稀土元素Ce的掺入。

一方面，58铈(Ce)可能的价态为Ce³⁺和Ce⁴⁺在可见光谱内都没有吸收带，保证了掺入后不影响玻璃的透光性能；另一方面，引入少量变价元素的高价氧化物(CeO₂)，使玻璃受辐射后，辐射的能量首先用来改变他们的原子价，由高价变成低价，而这些氧化物原子价的改变，当受到辐射后四价的Ce⁴⁺按照下式变为三价的Ce³⁺，辐射的能量就消耗在离子价数的转变上，而不是消耗于色心的形成；此外，CeO₂还可以代替Sb₂O₃起澄清剂的作用。

S.Guard等人研究了在稳态Y与脉冲X射线辐照环境下，纯石英芯和掺CeO₂石英芯光纤的抗辐射性能。结果表明在两种环境下，纯石英芯光纤的抗辐射性能都要明显优于掺CeO₂石英芯光纤。而美国海军实验室的David L.Griscom对用于图像传输用的掺CeO₂石英光纤进行了抗辐射性能研究。通过对掺CeO₂引入的缺陷进行分析，认为该光纤的抗辐射性能对制备工艺存在很大的依赖性。由于该光纤在400-700nm波段辐照结束后感生损耗没有恢复迹象，因而这种光纤即使在几百戈瑞(Gy)的辐照环境下就已不能正常工作了。

此外也有文献表明，掺CeO₂单模石英光纤的辐致损耗与剂量率大小无关，而与总剂量成正比。在较低剂量下，掺CeO₂光纤的辐照特性要优于纯石英芯光纤，这与S.Girard等人研究的结论之间又存在分歧。

耐辐照、大尺寸、高强度以及开发防辐射玻璃在核工业、军事以及医学等领域的应用是防辐射玻璃的研发趋势。世界著名的美国Corning公司和英国Pilkington公司在防辐射玻璃的研究和生产领域处于世界领先水平，他们均采用配合料熔融后直接拉制成形的工艺方法进行防辐射玻璃的生产，玻璃板面宽度可达400mm，最小厚度为0.05mm，由于成形表面为自由表面，玻璃的抗弯强度能够达到130～150MPa。

安徽华东光电技术研究所周恩荣，通过控制玻璃中铁离子含量、调整碱金属氧化物Na₂O和K₂O等的含量和比例，利用混合碱效应等来提高玻璃的透过率；讨论了碱土金属氧化物BaO、SrO、PbO等对玻璃χ-射线吸收系数的影响；分析了CeO₂提高玻璃耐辐射能力的机理；制得了一种透过率高达90％，0.06nm的χ-射线吸收系数超过37.2cm^-1，并且具有良好耐辐射变色性能的CRT屏玻璃。