[发明专利]一种聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用，所述聚硅氧烷闪烁体由闪烁体基质以及共掺于基质中的主荧光染料、次荧光染料组成，所述闪烁体基质为聚二甲基二苯基硅氧烷‑聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物，主荧光染料为PPO，次荧光染料选自POPOP、TPB、DPA中的至少一种。所得聚硅氧烷基塑料闪烁体具有中子和伽马甄别能力，且具有良好的抗辐照性能、械强度、稳定性、光学透明度，可用于中子探测器。

技术领域

本发明涉及一种聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用，属于有机闪烁体制备技术领域。

背景技术

中子探测技术被广泛应用在国防安全、爆炸物和放射性污染物的检测、航空航天、核医学、资源储量的探明以及核物理实验等领域。因为中子本身具有不带电和能量范围宽的特点，所以对中子的探测相较于对其他类型的核辐射探测更为复杂；核爆炸、核物理反应等在释放大量中子的同时也伴随发射的伽马射线(γ)本底辐射。因此，中子探测中的中子/伽马射线(n/γ)甄别直接影响中子通量及能谱测量的精度。研制出能适用于脉冲混合辐射场的n/γ甄别探测器具有十分重要的意义。

目前，用于中子-伽马射线的甄别方法按原理可以分为两类：飞行时间法(Time ofFlight,TOF)和脉冲形状甄别法(Pulse shape Discrimination,PSD)。相较于对起止时间测量有精度要求和难以扣除偶然背景事件影响的飞行时间法，脉冲形状甄别技术探测系统结构紧凑，可基于上升时间法和电荷比较法等，通过ADC、DSP等高速数字处理器实现n/γ射线的高精度甄别。它的工作原理是利用不同入射粒子与探测材料相互作用产生的电离能力的不同，使得探测脉冲信号中快(10ns)、慢(～2ns)荧光组分在总积分信号的占有比值不同而实现对入射粒子的甄别。中子、伽马都是中性粒子，但与探测材料作用所产生的反冲质子、电子电离能力的差异，因此可基于PSD方法实现对n/γ射线甄别。通常，用于定性描述一个探测器PSD能力的参数被定义为：PSD＝Q_tail/Q_total。利用PSD计数谱，引入品质甄别因子(Figure of merit,FoM)来度量探测器的n/γ射线的甄别能力，它是中子、伽马PSD分布峰值的中心距离与两者FWHM(半高全宽)的之和的比值。

基于PSD方法的常用n/γ甄别探测器有气体、液体和单晶闪烁体探测器。然而有些这些探测器制备成本、尺寸甚至使用上的困难，在一些大型核物理实验装置中难以被大规模使用。2011-2012年，N.Zaitseva首次制备出了基于PSD方法的n/γ甄别闪烁体，其n/γ甄别能力优于液体闪烁体(EJ301)(N.Zaitseva,B.L.Rupert,I.Paweiczak,et al.Plasticscintillators with efficient neutron/gamma pulse shape discrimination[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,2012,668:88-93)，证明了低成本的塑料闪烁体也具有很好的脉冲n/γ甄别能力。目前，大多数报道或商用的聚苯乙烯(PS)和聚甲基苯乙烯(PVT)闪烁体中通常会掺杂过量的荧光染料，以便获得较高FOM值，但闪烁体光学透明度、力学稳定性能会随时间延伸逐步衰减。此外其所含的C-H键键能较小，在强辐照环境下易断裂从而导致闪烁体的黄化现象，探测效率显著下降。

因此，制备一种低浓度染料掺杂的具有n/γ有效甄别和抗辐照的闪烁体及其方法，成为研究热点之一。

研究表明，聚硅氧烷基质是一种强抗辐照能力材料，其主链结构中的Si-O键能高达4.61eV、键长侧链苯基中的π电子，能够吸收部分辐射从而起到保护主链的作用，即使在250℃高温的强辐射环境中仍可保持优良的热力学稳定性能，然而现有技术还没有具有优异强抗辐照能力、良好n/γPSD性能、优异力学硬度和光学透明度的闪烁体聚硅氧烷基质闪烁体的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有较高光学透明度、良好n/γ甄别性能和强抗辐照能力的聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用。