[發明專利]縮短CsI(Na)晶體X、γ射線激發下發光衰減時間的方法

有效

• 申請號: 201210160213.1
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN103422169A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 歐陽曉平;劉芳;劉金良;劉洋;蘇春磊;陳亮;張忠兵;趙曉川;程曉磊;張子
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明屬于核輻射探測領域，涉及一種縮短CsI(Na)晶體對X、γ射線發光衰減時間的方法，一種用于快脈沖輻射探測材料的制備方法。

背景技術

碘化銫晶體是一種應用廣泛的鹵化堿金屬閃爍體，共有純碘化銫（CsI）、鉈激活的碘化銫CsI(Tl)、鈉激活的碘化銫（CsI(Na)）三種，雖然主要成份一樣，且密度等物理特性相同，但其閃爍性能卻有很大不同。純CsI晶體發光時間短（3.5ns），發光效率低（4-6%NaI(Tl)）。鈉激活劑的摻入，使晶體的發光效率大幅提高，發光主要成份由310nm轉移到420nm，更有利于發射光與光電倍增管的耦合。被廣泛應用于核輻射成像、核醫學、空間探測等領域。特別是，CsI(Na)閃爍晶體對重帶電粒子、伽馬射線展現極為獨特的輻射響應和探測性質，已成為暗物質探測等國際前沿課題的理想探測材料。但是，鈉激活劑的摻入，同時使晶體的發光衰減時間由3.5ns減慢為650ns，這一特性從根本上限制了其在脈沖輻射場快速探測及高能量分辨率核輻射成像方面的應用。

目前，對于CsI(Na)晶體X、γ射線激發下的發光衰減時間特性研究，主要集中在通過改變鈉激活劑摻雜濃度、晶格缺陷等影響CsI(Na)晶體X、γ射線激發下的發光衰減時間，但對發光衰減時間變化局限在10%范圍內。具有制備方法簡單、操作簡便、足夠的穩定性和重現性等特點的快發光衰減時間的CsI(Na)晶體一直是晶體生長技術研究和快脈沖輻射探測領域的技術難題。

鑒于此，本發明通過改變CsI(Na)晶體的粒度、結構來加快晶體X、γ射線激發下的發光衰減時間，制備工藝操作簡便，具有較好的穩定性和重現性，性能增強效果較好。其中，微米結構的CsI(Na)晶體其在脈沖X、γ射線激發下的發光衰減時間半寬約為25ns，比大塊晶體650ns提高了一個量級。為CsI(Na)用于快脈沖輻射探測提供了科學依據，在拓寬CsI(Na)晶體在輻射探測領域的應用范圍，特別是推動其在輻射成像、高能物理、核醫學、空間探測等方面的應用具有極為重要的應用價值。

發明內容

本發明的一個主要目的是提供一種縮短CsI(Na)晶體X、γ射線激發下發光衰減時間的方法，提供了一種用于快脈沖輻射探測的晶體材料。

為實現上述目的，本發明的技術方案是以下述方式實現的：

一種縮短CsI(Na)晶體X、γ射線激發下發光衰減時間的方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1】制備CsI(Na)晶體；

2】利用高能球磨機或者高速氣流粉碎機配置微米粒度分級機將CsI(Na)晶體制備成微米粒度的粉末；

3】用微米粒度的CsI(Na)晶體粉末制備探測器，進行快脈沖輻射探測。

上述高能球磨機是筒式球磨機、振動球磨機、行星式球磨機、軸承球磨機、振動磨、攪拌磨或膠體磨。

上述的高速氣流粉碎機使用的高速氣流是氮氣、其他惰性氣體或還原性氣體。

上述制備CsI(Na)晶體是利用坩堝下降法或提拉法生長CsI(Na)晶體。

上述CsI(Na)晶體是在真空狀態或室溫狀態生長。

一種縮短CsI(Na)晶體X、γ射線激發下發光衰減時間的方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1】制備CsI(Na)晶體；

2】利用高速氣流粉碎機配置納米粒度分級機將CsI(Na)晶體制備成納米粒度的粉末；

3】用納米粒度的CsI(Na)晶體粉末制備探測器，進行快脈沖輻射探測。

上述的高速氣流粉碎機使用的高速氣流是氮氣、其他惰性氣體或還原性氣體。

上述制備CsI(Na)晶體是利用坩堝下降法或提拉法生長CsI(Na)晶體。

上述CsI(Na)晶體是在真空狀態或室溫狀態生長。

本發明的技術效果：

采用本發明方法成功制備微納結構CsI(Na)晶體，并分別在脈沖X、γ射線激發下，測量其脈沖響應波形。實驗結果表明，在亞納秒級脈沖X射線激發下，微納結構CsI(Na)晶體的發光衰減時間（19ns）比塊狀CsI(Na)晶體的發光衰減時間（881ns）加快近一個量級。在西北核技術研究所“強光一號”脈沖γ射線激發下，微米結構CsI(Na)晶體的脈沖波形半寬度（25ns）比塊狀CsI(Na)晶體的脈沖波形半寬度（670ns）加快近一個量級。兩個實驗示例證明，本發明方法的創新性、可行性與有效性。

附圖說明

圖1：為塊狀CsI(Na)晶體在亞納秒級脈沖X射線激發下的實驗脈沖波形與數據擬合數據曲線（發光衰減時間～881ns）。