[发明专利]一种中子探测玻璃闪烁体及其制备方法与应用

说明书

本发明属于闪烁体材料技术领域，具体涉及一种中子探测玻璃闪烁体及其制备方法与应用。本发明所述中子探测玻璃闪烁体，采用高纯石墨坩埚进行高温熔制处理，不仅为玻璃的熔制提供了有力的强还原气氛，使玻璃熔体仅经过一次熔制即可成型；同时，石墨坩埚表面脱落的石墨微粉可以均匀的进入到整个玻璃熔体中，有效避免了因碳粉还原剂的加入而导致碳粉漂浮在玻璃熔体表面以及玻璃料夹碳的问题，有效保证了产品的产量和质量，所述玻璃闪烁体产品的铈元素含量较高，玻璃颜色呈透明浅灰色，内部条纹及气泡情况大幅改善，且产品的性能更优、良品率更高、批次稳定性更好，应用性能更优。

技术领域

本发明属于闪烁体材料技术领域，具体涉及一种中子探测玻璃闪烁体及其制备方法与应用。

背景技术

玻璃闪烁体是一种具有闪烁发光特点的能量转换发光玻璃材料，在诸如X射线、γ射线等各种电离辐射以及热中子、α射线、β射线等高能粒子的辐照下，能够发出紫外或者可见区域的光，并可以与各种光电倍增管、电荷耦合元件和光电二极管结合，从而实现对各种电离辐射和高能粒子的探测、甄别以及定量分析。相比于其他类型闪烁体(如塑料闪烁体、闪烁晶体等)，玻璃闪烁体的制备工艺相对简单，性能也可以利用元素成分进行调节，且化学、物理、机械性能优异，易于制备得到各种规格尺寸的玻璃；而且，对于高品质的玻璃闪烁体，由于其气孔、杂质等较少，荧光效率也较高。因此，玻璃闪烁体在实际应用中具有较大的性能优势，而其在未来的发展趋势则是提高掺杂离子浓度、制备大尺寸玻璃以及发展光纤器件。

目前，用于中子探测的玻璃闪烁体的种类还相对较少，这是由于中子-物质相互作用和高能电离辐射(如X射线和γ射线)-物质相互作用不同。中子作为一种不带电的中性粒子，其主要与原子核相互作用进而产生各种次级离子，从而实现对中子的间接探测。传统的用于中子探测的闪烁体一般使用对中子具有较大吸收截面的同位素作为材料，如³He、⁶Li、¹⁰B和¹⁵⁷Gd等，而实际应用中主要使用⁶Li以及¹⁰B同位素作为中子吸收体。目前，国外应用最广泛的中子探测玻璃闪烁体是GS系列的⁶Li玻璃，其是一种掺杂Ce离子的锂铝硅系玻璃，而国内拥有较成熟中子探测玻璃闪烁体产品的单位是中国建材总院。

但是，由于Ce离子在空气气氛条件下进行熔制时，容易被氧化成四价Ce离子，从而失去发光能力，为了保证Ce离子的价态，在玻璃配合料中通常需要加入了一定量的碳粉。但是，由于碳粉与玻璃熔体的相容性极差，熔制过程中大部分碳粉会漂浮在玻璃熔体表面，这就导致了玻璃中的碳粉量不可控，产品的批次稳定性较差、良品率极低，且淬冷得到的玻璃料中可能存在夹杂的结团碳粉，这会导致铂金坩埚中毒损坏，最终得到的玻璃产品中气泡条纹较多，严重影响了产品的品质。可见，传统的锂铝硅系中子探测玻璃闪烁体的生产工艺中，虽然碳粉的加入解决了玻璃还原性气氛的问题，但也带来了玻璃品质不稳定等缺陷，同时也损失了较大比例的⁶Li和铂金坩埚，昂贵的原材料或辅料的损失增大了生产成本，且较低的良品率也为产品的实际应用带来了极大的阻碍。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种中子探测玻璃闪烁体，所述玻璃闪烁体具有铈离子浓度高、性能良好、良品率高、批次稳定性好的优势；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述中子探测玻璃闪烁体的制备方法，所述方法在空气气氛下为玻璃熔体提供稳定的强还原气氛，可以在不加入碳粉的条件下实现一次熔炼成型，有效保证了产品的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种中子探测玻璃闪烁体的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照选定的铈掺杂型锂铝硅系玻璃的组成及配比，选择相应的原料成分混匀，得到玻璃配合料，备用；

(2)将所述玻璃配合料置于封闭的石墨坩埚中，并置于高温熔化炉内进行高温熔制处理；