本申請涉及輻射探測領(lǐng)域，具體而言，涉及一種復(fù)合中子閃爍體及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、中子檢測在基礎(chǔ)物理、核電、放射性廢物儲存、國土安全、核醫(yī)學和材料分析領(lǐng)域具有重要的作用。由于中子不帶電，無法直接探測，通常采用能與中子反應(yīng)的核素實現(xiàn)對中子的間接探測。目前，大部分中子探測所用的是3he中子探測器，價格昂貴。中子閃爍體是取代昂貴的3he中子探測器的最佳方案，其原理是利用閃爍體材料或復(fù)合材料中所含的核素6li、10b、157gd等吸收中子，產(chǎn)生高能粒子，或者利用γ射線激發(fā)閃爍體材料，產(chǎn)生光子，并通過光電倍增管及電子學系統(tǒng)進行信號收集，從而實現(xiàn)對中子的探測。

2、但現(xiàn)有的中子閃爍體光產(chǎn)額較低，成本較高，都很難滿足實際的應(yīng)用需求，尤其是針對散裂中子源等大科學裝置。例如，6li玻璃:ce(以gs20為代表)的衰減壽命較短，透明度高，但其光產(chǎn)額較低。摻ce的鉀冰晶石結(jié)構(gòu)a2limx6:ce(cs2liycl6:ce、cs2liybr6:ce等)具有比較高的光產(chǎn)額，但其生長制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本相對較高。共晶復(fù)合閃爍體(lif/srf2:ce、lif/caf2:eu等)合成過程大多需要高溫高壓環(huán)境，制備成本也很高，另外，摻eu的共晶閃爍體壽命較長，很難應(yīng)用于位置中子探測器。目前應(yīng)用比較成熟的技術(shù)是采用zns:ag/6lif中子閃爍屏，其光產(chǎn)額比較高，但衰減壽命比較長，而且其是采用粘結(jié)劑粘合而成，韌性和強度較差，易碎裂。因此，需要一種制備過程簡單，且滿足中子探測需求的中子閃爍體。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請實施例的目的在于提供一種復(fù)合中子閃爍體及其制備方法與應(yīng)用，該中子閃爍體具有光產(chǎn)額高，衰減壽命較短，能有效進行中子/伽瑪甄別的特點，且制備過程簡單，成本低。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種復(fù)合中子閃爍體，其包括有機聚合物基體，以及分散于有機聚合物基體中的鈣鈦礦材料粉末和中子吸收材料粉末，鈣鈦礦材料選自cs3cu2i5、cscu2i3中的至少一種，中子吸收材料選自gd2o3、6lif、10b2o3中的至少一種。

3、在上述技術(shù)方案中，復(fù)合中子閃爍體的發(fā)光材料選用鈣鈦礦材料，與中子吸收材料復(fù)合，嵌入有機聚合物基體中，可以形成大面積的閃爍體薄膜，并具有良好的塑性。

4、在一種可能的實現(xiàn)方式中，鈣鈦礦材料為cs3cu2i5，中子吸收材料為6lif。

5、在一種可能的實現(xiàn)方式中，鈣鈦礦材料粉末和有機聚合物基體的質(zhì)量比為0.05-1：1。

6、在上述技術(shù)方案中，如果鈣鈦礦材料用量過大，形成的閃爍體透明度會下降，導(dǎo)致光散射嚴重，透過度降低，減少最終光產(chǎn)額或探測效率。

7、在一種可能的實現(xiàn)方式中，鈣鈦礦材料粉末和中子吸收材料粉末的質(zhì)量比為0.05-1：1。

8、在上述技術(shù)方案中，鈣鈦礦材料相對于中子吸收材料的量過少會導(dǎo)致中子吸收材料發(fā)出的能量無法完全吸收，導(dǎo)致閃爍體的最終光產(chǎn)額或中子探測效率下降。

9、在一種可能的實現(xiàn)方式中，有機聚合物基體的材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚亞苯基氧化物中的至少一種。

10、在一種可能的實現(xiàn)方式中，復(fù)合中子閃爍體的厚度為0.2-2mm，透光度為30％-90％，光產(chǎn)額為20000photon/mev以上。

11、在上述技術(shù)方案中，保證閃爍體的透光率，才能保證其探測效率。

12、第二方面，本申請實施例提供了一種第一方面提供的復(fù)合中子閃爍體的制備方法，其包括以下步驟：

13、將有機聚合物、鈣鈦礦材料和中子吸收材料研磨均勻，得到混合粉末；

14、將混合粉末與溶劑攪拌混合至溶解，并倒入模具中成型。

15、在上述技術(shù)方案中，制備工藝簡單，相對于傳統(tǒng)的中子閃爍體不需要高溫制備，成本低廉。

16、在一種可能的實現(xiàn)方式中，溶劑選自二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、醇類中的至少一種；

17、和/或，成型的方法是使溶劑自然揮發(fā)，或置于10-24℃下使溶劑揮發(fā)。

18、在一種可能的實現(xiàn)方式中，鈣鈦礦材料的制備方法包括以下步驟：

19、將cui、csi和穩(wěn)定劑加入到溶劑中，超聲攪拌直至全部溶解于溶劑中，得到溶液；

20、使溶液中的溶劑自然揮發(fā)至揮發(fā)完全。

21、第三方面，本申請實施例提供了一種第一方面提供的復(fù)合中子閃爍體的應(yīng)用，復(fù)合中子閃爍體可作為移波光纖、anger相機、成像系統(tǒng)、中子探測器的中子閃爍材料。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合中子閃爍體，其特征在于，其包括有機聚合物基體，以及分散于所述有機聚合物基體中的鈣鈦礦材料粉末和中子吸收材料粉末，所述鈣鈦礦材料選自cs3cu2i5、cscu2i3中的至少一種，所述中子吸收材料選自gd2o3、6lif、10b2o3中的至少一種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合中子閃爍體，其特征在于，所述鈣鈦礦材料為cs3cu2i5，所述中子吸收材料為6lif。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合中子閃爍體，其特征在于，所述鈣鈦礦材料粉末和所述有機聚合物基體的質(zhì)量比為0.05-1：1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合中子閃爍體，其特征在于，所述鈣鈦礦材料粉末和所述中子吸收材料粉末的質(zhì)量比為0.05-1：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合中子閃爍體，其特征在于，所述有機聚合物基體的材料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚亞苯基氧化物中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合中子閃爍體，其特征在于，所述復(fù)合中子閃爍體的厚度為0.2-2mm，透光度為30％-90％，光產(chǎn)額為20000photon/mev以上。

7.一種如權(quán)利要求1所述的復(fù)合中子閃爍體的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合中子閃爍體的制備方法，其特征在于，所述溶劑選自二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、醇類中的至少一種；

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合中子閃爍體的制備方法，其特征在于，所述鈣鈦礦材料的制備方法包括以下步驟：

10.一種如權(quán)利要求1所述的復(fù)合中子閃爍體的應(yīng)用，其特征在于，所述復(fù)合中子閃爍體可作為移波光纖、anger相機、成像系統(tǒng)、中子探測器的中子閃爍材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請實施例提供一種復(fù)合中子閃爍體及其制備方法與應(yīng)用，涉及輻射探測領(lǐng)域。復(fù)合中子閃爍體包括有機聚合物基體，以及分散于有機聚合物基體中的鈣鈦礦材料粉末和中子吸收材料粉末，鈣鈦礦材料選自Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;、CsCu<subgt;2</subgt;I<subgt;3</subgt;中的至少一種，中子吸收材料選自Gd<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、<supgt;6</supgt;LiF、<supgt;10</supgt;B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;中的至少一種。制備方法主要是將有機聚合物、鈣鈦礦材料和中子吸收材料研磨均勻，得到混合粉末；將混合粉末與溶劑攪拌混合至溶解，并倒入模具中成型。復(fù)合中子閃爍體具有光產(chǎn)額高，衰減壽命較短，能有效進行中子/伽瑪甄別的特點，且制備過程簡單，成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：王采林,姚露,趙金奎,桂婉婷,周洵聲,陳龍飛
受保護的技術(shù)使用者：松山湖材料實驗室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10