[发明专利]一种生长CsI(Tl)晶体的石英坩埚

说明书

本发明提供一种生长CsI(Tl)晶体的石英坩埚，属于核检测、国土安全、军事领域。本发明按照晶体生长方法中的自然淘汰原理，对晶体生长所用的石英坩埚的底部形状和整体外形进行整体设计，得到外部尺寸和内部尺寸都有特殊要求的大尺寸石英坩埚。本发明与传统方式相比，生产出的大尺寸CsI(Tl)/CsI闪烁晶体，成品率/良品率较高，与其他厂商使用的在坩埚内部喷涂一层特殊材料相比，方法工艺相对简单，成本较低。

技术领域

本发明属于核检测、国土安全、军事等领域，尤其涉及一种生长CsI(Tl)晶体的石英坩埚。

背景技术

核物理实验、医学成像、安全检查等领域中的核辐射测量中大量使用高品质闪烁晶体。在特殊领域，比如需要探测高能射线的高能物理实验中，需要更大体积的高品质的闪烁晶体，比如尺寸为40×40×300mm³的CsI(Tl)/CsI闪烁晶体。由于高品质的大尺寸晶体的需求量越来越多，而传统的晶体批量生长方法，其成品率/良品率不高，由此带来的结果是闪烁晶体的价格相对较为昂贵。

CsI(Tl)/CsI闪烁晶体的结构基元为Cs-I₈立方体，属于立方紧密堆积型，激活剂Tl在晶体中代替Cs与I构成Cs-I₈立方配位体。目前生产CsI(Tl)晶体主要有两种方法：其一，石英坩埚真空下降法，将处理后的原料装入石英坩埚，抽真空下降法，将处理后的原料装入石英坩埚，抽真空封口或充入保护气氛后封口，通过下降法来获得晶体，该法遇到的主要问题是晶体与坩埚壁的粘连而导致石英坩埚开裂或炸裂，石英坩埚的底部形状和整体外形的设计。

晶体与坩埚壁的粘连而导致石英坩埚开裂或炸裂的主要原因是晶体生长过程中温度梯度差异过小，导致晶体生长过快，从而造成了晶体与坩埚壁粘连，坩埚壁较薄，容易破裂。

现在的处理办法有2种方式：第一种方式是在坩埚内壁上涂抹一层防护层，第二种方式是对坩埚内壁进行合理设计，降低坩埚内壁的厚度，增大散热面积，从而增大晶体温度梯度，但这种方式坩埚更容易破碎。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种重新设计的石英坩埚，增大散热面积的同时，增加坩埚壁厚，并采用外部吸热方式，从而满足晶体生长的要求。

一种生长CsI(Tl)晶体的石英坩埚，包括与真空泵连接的连接管，连接管一段安装在石英坩埚嘴内，并达到通过连接管即可抽出坩埚内的空气的状态，石英坩埚嘴嵌入椭圆状的坩埚本体内，石英坩埚本体内部涂覆有一层均匀的铂粉，石英坩埚嵌入一上部开口的圆形球壳内，并使石英坩埚本体能在圆形球壳内转动，圆形球壳底部安装在一方形的承载平台上。

本发明进一步的技术方案是，连接管选择耐高温的金属软管。

本发明进一步的技术方案是，耐高温的金属软管可以是不锈钢金属软套管，或者不锈钢波纹金属软管。

本发明进一步的技术方案是，耐高温的金属软管可以选择CL650。本发明进一步的技术方案是，连接管上安装有控制软管接通与关闭的金属阀门。

本发明进一步的技术方案是，在坩埚本体抽真空操作过程中，石英坩埚嘴与石英坩埚本体之间涂覆有用于隔绝空气的凡士林。

本发明进一步的技术方案是，石英坩埚本体的制造的方式:

S1.吹制椭圆状的普通玻璃模具(类于水壶的内胆和外胆)；

S2.在玻璃外胆上均匀浇涂覆一层颗粒均匀的铂粉；

S3.用石英砂粉体浇筑石英于玻璃外胆外部，在高温炉内烧制(炉温低于玻璃的熔化温度)(石英坩埚融化温度为2000℃，玻璃融化温度600-700℃)；

S4.成型、冷却。

S5.再次放入高温炉内加热，温度高于玻璃的熔融温度后，高温下将熔融玻璃倒出石英坩埚本体即可。