[发明专利]一种红光塑料闪烁体及其制备方法和其应用

说明书

本发明公开了一种红光塑料闪烁体及其制备方法和应用，所述红光塑料闪烁体由闪烁体基质以及共掺于基质中的三重态捕获剂、单重态捕获剂、移波剂组成，所述闪烁体基质为AS，三重态捕获剂为Eu(DBM)3Phen、单重态捕获剂为TPB或BPEA、移波剂为DCM，所得红光塑料闪烁体具有中子伽马甄别能力，且具有良好机械强度、稳定性，可应用于中子探测器。

技术领域

本发明涉及一种红光塑料闪烁体及其制备方法和其应用，属于塑料闪烁体制备技术领域。

背景技术

近年来由于世界人口流动的不断增加，对人和设施进行化学、生物、辐射、核和爆炸物威胁的检查是目前重大课题之一。核爆炸、核物理反应、核武器材料等都会释放大量中子并伴随有gamma射线本底辐射；在危险物品以及地下矿藏中相应地会含有C、H、O、N或Fe、Ti、Gd、Sm等元素，但相比常规情况这些元素成分比会有显著的不同，根据中子与这些元素作用后的能谱或被吸收情况的变化可判断违禁物品或地表空间资源分布。因此，无论是国防安全、实验核物理测量，还是核医学成像、海陆空资源储量探测以及空间辐射预警等，都涉及到中子探测。由于gamma跃迁辐射的普遍性，测量中子的同时需要解决gamma射线本底下的中子判别问题，而相关中子探测器的研制与应用是关键。

目前，用于中子探测的塑料闪烁体探测器材料由于其低制备成本、快响应时间和易于被加工成各种复杂形状等优点，在核医学成像、国防安全、粒子物理探测中已经得到了广泛的应用。然而研制出具有更快响应时间(～ns)、更好n/γ甄别能力的塑料闪烁体，仍十分具有挑战性(Andrew N.Mabe,Andrew M.Glenn,et al.Nuclear Instruments andMethods in Physics Research A 806(2016)80–86；R.D.Breukers,C.M.Bartle,,etal.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 701(2013)58–61)。因此，摸索和掌握关于这类性能优异的新型塑料闪烁体制备方法，意义十分重要。

在中子探测中，对快中子的探测其主要挑战是如何将中子的脉冲响应与伽马背景信号进行有效分离。不同于α或β射线，中子在塑料闪烁体材料中的响应类似于伽玛射线。但伽马和中子电离机制略有不同，会产生信号谱形的差异，根据这种形状差异我们可以实现分离并归因中子或伽玛响应的n/γ甄别。具体来说，在塑料闪烁体探测器对n/γ射线的甄别原理上，中子与闪烁体作用产生的是反冲质子，伽马与闪烁体作用产生的是反冲电子；无论是反冲质子还是反冲电子，都会在闪烁体探测器中产生快、慢两个脉冲成分，其中快信号脉冲(10ns)是闪烁体晶体分子中的电子受射线激发而处于激发单态(S₁)的电子直接退激到基态产生的，慢信号脉冲(～μs)则是闪烁体晶体分子中的电子受射线激发而处于三重态(Triplet exciton,T₁)后再做多次能级跃迁或能量转换而得到的(Natalia Zaitseva,Benjamin L.Rupert,et al.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A668(2012)88–93)。在快慢成分比值中，中子与闪烁体材料作用产生的慢成分所占份额比γ射线的大，人们正是利用这样的差异可研制出不同n/γ射线甄别能力的塑料闪烁体探测器。

三重态的能量转换分为两种，一种是由两个三重态湮灭(TTA)作扩散运动碰撞而淹没形成的准分子态(S₀₊S₁)作退激辐射生成一个单重态，从而形成滞后的延迟荧光成分。另一种是由稀土配合物直接完成的，即不需要三重态-三重态碰撞的湮灭过程。后者中，三重态能量转换通常选用Eu(DBM)₃Phen稀土配合物做能量转移剂，其聚合物基的三重态激发能转移到Eu³⁺离子，在612.0nm发光波长附近产生磷光发射，因而可以有效优化塑料闪烁体的粒子探测性能(衰减时间、自吸收等)。