一種散裂中子源用的粒子束影像涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及散裂中子源靶體粒子束成像領(lǐng)域，特別是涉及一種散裂中子源用的粒子束影像涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)散裂中子源是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，它是一個(gè)用中子來(lái)了解微觀世界的工具；為我國(guó)在物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、納米科學(xué)、醫(yī)藥、國(guó)防科研和新型核能開(kāi)發(fā)等學(xué)科前沿領(lǐng)域的基礎(chǔ)研宄和高新技術(shù)開(kāi)發(fā)研宄提供一個(gè)新進(jìn)、功能強(qiáng)大的大科學(xué)研宄平臺(tái)。中國(guó)散裂中子源是發(fā)展中國(guó)家擁有的第一臺(tái)散裂中子源，和正在運(yùn)行的美國(guó)、日本與英國(guó)散裂中子源一起，構(gòu)成世界四大脈沖散裂中子源。
[0003]其中，散裂中子源的中子是通過(guò)高能質(zhì)子束流轟擊重金屬靶體產(chǎn)生，為了準(zhǔn)確判斷高能質(zhì)子束流轟擊到靶體的位置和束流分布，目前使用的方法是，在金屬靶體前窗表面增加一層影像涂層，入射的粒子束轟擊該影像涂層時(shí)，影像涂層會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)范圍的光，通過(guò)將影像涂層發(fā)出的光收集、引出并成像，可判斷高能質(zhì)子束流轟擊到靶體前窗位置的分布和強(qiáng)度。
[0004]由于散裂中子源這種大型的大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)較少，相關(guān)研宄報(bào)道也很有限，包括中國(guó)在內(nèi)的四大脈沖散裂中子源中，也只有美國(guó)的散裂中子源中有影像涂層的相關(guān)介紹；并且也僅限于介紹可以通過(guò)影像涂層實(shí)現(xiàn)對(duì)轟擊靶體的準(zhǔn)確判斷，至于其影像涂層的具體成分，影像涂層怎樣制備等都未曾公布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請(qǐng)的目的是提供一種新的特別適用于散裂中子源靶體的粒子束影像涂層，及其制備方法。
[0006]本申請(qǐng)采用了以下技術(shù)方案:
[0007]本申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于散裂中子源靶體的粒子束影像涂層，影像涂層涂覆于被轟擊的靶體前窗外表面，影像涂層的主要活性成份為Cr3+摻雜的Al 203粉體。
[0008]需要說(shuō)明的是，由于目前世界上的散裂中子源設(shè)備很少，關(guān)于影像涂層的介紹僅僅只有美國(guó)的散裂中子源有提到，并且相關(guān)技術(shù)都處于保密狀態(tài)；因此，如何選擇合適的涂層材料，保障有效的發(fā)光效率，對(duì)得到準(zhǔn)確影像是至關(guān)重要的。本申請(qǐng)經(jīng)過(guò)大量的研宄和分析，最終認(rèn)為Cr3+摻雜的Al 203粉體作為涂層，所產(chǎn)生的特定波長(zhǎng)的紅光，能夠滿足散裂中子源的影像涂層需求。可以理解，后續(xù)的光路引出和光學(xué)分析，采用傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)即可，在此不累述。
[0009]優(yōu)選的，影像涂層中Cr3+的摻雜量為總重量的1% -5%。需要說(shuō)明的是，根據(jù)本申請(qǐng)的研宄顯示，Cr3+的摻雜量會(huì)影響影像涂層的發(fā)光效率，本申請(qǐng)優(yōu)選的Cr3+的摻雜量為總重量的1% _5%。
[0010]優(yōu)選的，Al2O3粉體中86%以上為α相粉體。需要說(shuō)明的是，根據(jù)本申請(qǐng)的研宄顯示，α相Al2O3對(duì)發(fā)光效率有重要影響，Al2O3粉體中α相的Al 203含量越多，發(fā)光效率越高；而α相Al2O3的含量除了取決于Al2O3粉體的生產(chǎn)工藝以外，研宄證實(shí)，涂覆形成影像涂層的方式也會(huì)影響最終影像涂層中α相Al2O3的含量；也就是說(shuō)，即便涂覆的原料中Al2O3都是α相的，但是，在涂覆的過(guò)程中，采用不同的涂覆方式，會(huì)不同程度的，有部分α相的Al2O3轉(zhuǎn)換成其它相，從而影響最終制備的影像涂層的發(fā)光效率。本申請(qǐng)的研宄顯示，目前所有的涂覆方式，都無(wú)法避免α相的Al2O3轉(zhuǎn)換成其它相，并且，在最終的影像涂層中也很難達(dá)到86%以上為α相粉體。為此，本申請(qǐng)根據(jù)Cr3+摻雜的Al2O3粉體研宄出特別的噴涂方式，并在優(yōu)選的方案中對(duì)其噴涂條件進(jìn)行優(yōu)化，從而使得最終的影像涂層中Al2O3粉體能夠達(dá)到86%以上為α相粉體，以保障發(fā)光效率，這將在后文詳細(xì)介紹。
[0011]本申請(qǐng)的另一面公開(kāi)了一種本申請(qǐng)的影像涂層的制備方法，包括制備Cr3+摻雜的Al2O3粉體，然后，采用火焰噴涂的方式將Cr 3+摻雜的Al 203粉體噴涂到靶體前窗外表面，火焰噴涂為低功率噴涂。
[0012]需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)經(jīng)過(guò)大量研宄發(fā)現(xiàn)，火焰噴涂，特別是低功率的火焰噴涂能夠比較好的避免α相的Al2O3轉(zhuǎn)換成其它相。優(yōu)選的，低功率的火焰噴涂中，噴涂燃料乙炔和氧氣所占比例為40% -60%之間。
[0013]優(yōu)選的，噴涂燃料乙炔和氧氣所占比例為45% -50%之間。
[0014]優(yōu)選的，Cr3+摻雜的Al 203粉體采用共沉淀法合成。需要說(shuō)明的是，本例制備的Cr3+摻雜的Al2O3粉體中，Al 203粉體基本都是α相Al 203，這能夠盡量提高最終的影像涂層中α相Al2O3的含量，配合本申請(qǐng)的低功率火焰噴涂，能夠使得最終的影像涂層中86%以上的Al2O3粉體為α相。
[0015]優(yōu)選的，化學(xué)合成法的原料為Al鹽和Cr鹽。需要說(shuō)明的是，化學(xué)合成法制備Cr3+摻雜的Al2O3粉體，其鋁源和鉻源有很多種，本申請(qǐng)中，為了盡量有效的保障最終制備的Cr3+摻雜的Al2O3粉體中Al 203粉體為α相，優(yōu)選采用Al (NO 3) 39H20、Cr (NO3) 39Η20為原材料；并不排除其它的鋁源和鉻源也可以制備出能夠滿足本申請(qǐng)需要的Cr3+摻雜的Al 203粉體。
[0016]優(yōu)選的，Cr3+摻雜的Al 203粉體中，Cr 3+的摻雜量為總重量的1.5% _2%。需要說(shuō)明的是，根據(jù)本申請(qǐng)的研宄，Cr3+摻雜是產(chǎn)生特定波長(zhǎng)紅光的重要條件，但是，其含量過(guò)多或過(guò)少都不利于達(dá)到本申請(qǐng)所需要的發(fā)光效率，因此，本申請(qǐng)優(yōu)選的采用Cr3+的摻雜量為總重量的1% -5%，以保障所制備的影像涂層的發(fā)光效率。
[0017]本申請(qǐng)的再一面公開(kāi)了，一種Cr3+摻雜的Al 203粉體在散裂中子源靶體的影像涂層中的應(yīng)用，其中，Cr3+摻雜的量為粉體總重量的1% _5%，該應(yīng)用包括，以Cr3+摻雜的Al 203粉體為原材料，通過(guò)低功率的火焰噴涂將Cr3+摻雜的Al 203粉體噴涂到被轟擊的靶體前窗外表面，形成影像涂層。
[0018]本申請(qǐng)的有益效果在于:
[0019]本申請(qǐng)的影像涂層特別針對(duì)散裂中子源研制，是繼美國(guó)散裂中子源之后，世界上第二個(gè)使用影像涂層的散裂中子源；本申請(qǐng)的影像涂層發(fā)光效率高，能夠滿足準(zhǔn)確判斷高能質(zhì)子束流在靶體位置的束流分布和強(qiáng)度的使用需求；為我國(guó)散裂中子源的進(jìn)一步研宄和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本申請(qǐng)實(shí)施例中對(duì)Al2O3粉體的相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的XRD分析圖，其中，11為實(shí)施例制備的Cr3+摻雜的Al 203粉體的分析曲線，12為高功率火焰噴涂制備的影像涂層的分析曲線，13為低功率火焰噴涂制備的影像涂層的分析曲線；
[0021]圖2是本申請(qǐng)實(shí)施例中影像涂層的發(fā)光強(qiáng)度的結(jié)果圖，其中，21為高功率火焰噴涂制備的影像涂層的發(fā)光強(qiáng)度，22為低功率火焰噴涂制備的影像涂層的發(fā)光強(qiáng)度；
[0022]圖3是本申請(qǐng)另一實(shí)施例中不同噴涂方式獲得的影像涂層的發(fā)光強(qiáng)度的結(jié)果圖，其中，31為等離子體噴涂制備的影像涂層的發(fā)光強(qiáng)度，32為爆炸噴涂制備的影像涂層的發(fā)光強(qiáng)度，33為火焰噴涂制備的影像涂層的發(fā)光強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0023]由于現(xiàn)有的散裂中子源設(shè)備很少，相關(guān)的研宄報(bào)道也很有限，散裂中子源靶體的影像涂層更是只有美國(guó)的散裂中子源有提到；這對(duì)我國(guó)研宄散裂中子源靶體的影像涂層帶來(lái)極大的困難。
[0024]本申請(qǐng)經(jīng)過(guò)大量的研宄證實(shí)，Cr3+摻雜的Al 203粉體，被入射粒子束轟擊后發(fā)出的特定波長(zhǎng)范圍的紅光，能夠適用于散裂中子源。但是，盡管Cr3+摻雜的Al 203粉體所制備的影像涂層能夠適用于散裂中子源；但現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)所制備的Cr3+摻雜的Al 203粉體，所制備的影像涂層發(fā)光效率較低。
[0025]經(jīng)過(guò)申請(qǐng)人的深入研宄發(fā)現(xiàn)，影像涂層的發(fā)光效率跟Al2O3粉體中α相氧化鋁的比例成正相關(guān)，也就是說(shuō)，α相氧化鋁的含量越高，發(fā)光效率越強(qiáng)。為此，本申請(qǐng)?zhí)貏e對(duì)制備Cr3+摻雜的Al 203粉體的原料和制備方法進(jìn)行了研宄，發(fā)現(xiàn)以Al (NO 3) 39Η20和Cr (NO3) 39Η20為原料，采用化學(xué)法合成的Cr3+ = Al2O3粉體中，α相氧化鋁的含量較高，基本上都是α相氧化鋁。本申請(qǐng)采用基本上都是α相氧化鋁的Cr3+ = Al2O3粉體制備了影像涂層，但是，結(jié)果仍然不理想，影像涂層的發(fā)光效率仍然偏低。
[0026]進(jìn)一步的研宄發(fā)現(xiàn)，雖然采用的Cr3+ = Al2O3粉體中基本上都是α相氧化鋁，但是，經(jīng)過(guò)涂覆后在最終制備得到的影像涂層中α相氧化鋁的含量相對(duì)較低，也就是說(shuō)，在涂覆的過(guò)程中α相氧化鋁轉(zhuǎn)換為了其它相。為此，申請(qǐng)人對(duì)不同的涂覆方式進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的涂覆方式，都會(huì)