[發明專利]透明玻璃閃爍體，制備方法及應用裝置

有效

• 申請號: 201280025783.8
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN103597374B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 康智濤;布倫特·K·瓦格納;詹森·H·納德勒;羅伯特·羅森;貝恩德·卡恩;梅雷迪思·B·巴爾塔
• 申請（專利權）人: 佐治亞技術研究公司
• 主分類號: G01T1/20
• 分類號: G01T1/20
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司11015
• 代理人: 齊永紅

相關申請的引用

根據《美國法典》第35篇第119(e)條的規定，本申請主張享有于2011年3月29日提交的美國臨時申請No.61/468,823的權益，前述申請的全部內容和實質通過引用整體地結合于本文中，全部如下。

聯邦科研資助聲明

本發明是在獲得美國國土安全部的資助號為2008-DN-077-ARI015-02的政府資助下進行的。政府在本發明中享有一定的權利。

技術領域

本發明公開的一系列具體實施例普遍涉及用作閃爍體的透明玻璃復合材料，所述閃爍體用于檢測和測量來自衰減中的放射性原子核的放射產物，包括γ射線，X-射線，α粒子，β粒子，中子等。更具體地，本發明所公開的一系列具體實施例涉及含有基于鑭系元素摻雜的金屬鹽納米粒子的玻璃復合材料，制備這些材料的方法，以及這些材料的應用。

背景技術

單晶探測器，如NaI:T1和其它無機鹽已經開發并應用于γ射線檢測。這些單晶具有幾個有利的特性，包括定義良好的制劑，發光波長適用于光電倍增管（PMT）檢測與放大，高效的光傳播，以及能生成具有全能量峰值分辨率光譜的均勻光發電和輸電。然而，由于受困于幾個主要不足使得其在非理想環境下難以適用或不適用，如在曠野或在港口。這些不足包括由于濕度產生的不穩定性，機械沖擊，及溫度波動等問題。此外，雖然材料，如NaI:T1具有優良的γ射線檢測，但它們往往不適用于其它形式的核輻射。作為一種替代方案，固態探測器遠遠超過了這些無機晶體的分辨率，但到目前為止，仍然受到規模或需要在非常低的溫度下運行的限制。

已經提出了利用納米粒子制造大型γ射線探測器以克服這些困難。在過去的9年中已經報道了保持在一個小基質中的納米粒子由于γ射線和α粒子的相互作用能產生單峰。盛代（Sheng?Dai）等制備了在一個清晰的溶膠-凝膠薄盤中嵌入CdSe/ZnS量子點（直徑為1-20納米）。當薄盤暴露于²¹⁰Po所發出的5,300-keVα粒子且以PMT收集的發射光（在波長約為590nm處達到峰值）中時，他們通過多通道分析儀觀察到了連續能區。Letant和王（Wang）以CdSe/ZnS量子點浸漬多孔玻璃板（～1x1x0.025cm），將此材料暴露于59.5-keVγ射線和²⁴¹Am所發出的5,500keVα粒子，以PMT收集的發射光中，觀察到了每一種輻射類型的相關峰。McKigney等將嵌入有LaF₃.Ce粒子（直徑＜10nm）小塊的一種有機基質（一側為幾毫米）附加至一個小的聚四氟乙烯容器上，并將它們暴露于²⁴¹Am和⁵⁷Co分別發出的59.5keV和122keVγ射線中，PMT收集的發射光（330nm），觀察到了兩個放射性元素的峰。

近年來，山（shan）等研究了含有Tb³⁺,Eu³⁺和Dy³⁺摻雜的GdF3化合物的透明鹵氧化物玻璃復合材料。Lakshminarayana等進一步報道了含有Pr³⁺,Sm³⁺摻雜的類似GdF₃玻璃復合物的特性。然而，很少有進行γ射線光譜學的應用研究。這些材料，在閃爍體中使用，通過光電倍增管（PMT）檢測，可以有效地將核輻射轉換成波長可測的光子，而基質的高透明性可能引起核輻射檢測的效率和分辨率的潛在提高。

發明內容

本發明公開的各實施例提供了將納米粒子分布在玻璃體內用于核輻射檢測的透明玻璃復合材料，通過特定工藝制備透明玻璃復合材料，制備透明玻璃復合材料的方法以及利用透明玻璃復合材料進行核輻射檢測的設備。

本發明的一個示例性實施例可以是具有玻璃體的透明玻璃復合材料且玻璃體內分布有多個納米粒子。用于制備所述玻璃復合材料的初始組成，可含有基質金屬化合物和摻雜金屬化合物，且所述基質金屬化合物和摻雜金屬化合物的總和可以是初始組成的至少10mol%。在一些實施例中，所述基質金屬化合物和摻雜金屬化合物的總和可以是初始組成的至少15mol%；或是初始組成的至少18%。所述基質金屬化合物和摻雜金屬化合物的結合也可是初始組成的約10mol%至約35mol%，約15mol%至約35mol%，或約18mol%至約30mol%。