[發明專利]用于中子檢測的鋰基閃爍體

有效

• 申請號: 201310026670.6
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103224786A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: A.M.斯里瓦斯塔瓦;A.伊凡
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C09K11/61
• 分類號: C09K11/61;G01T3/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周李軍;林森

背景

本發明總的涉及閃爍體且更特別涉及用于檢測中子的閃爍體組合物及其制造方法。

閃爍體材料(下文“閃爍體”)廣泛用于高能輻射(例如γ射線、X射線、宇宙射線、中子及其他特征在于能級大于或等于約1?keV的顆粒)檢測器。該閃爍體與光檢測設備(例如，光敏器件)偶聯。當輻射撞擊閃爍體時，該閃爍體發射光。光敏器件產生與收到的光脈沖的數量及其強度成比例的電信號。閃爍體通用于許多應用。實例包括醫學成像裝備，例如，正電子發射斷層攝影(PET)裝置；用于油汽工業的測井；用于國土安全的便攜和手提檢測器；和各種數字成像應用。

在使用固態閃爍的中子檢測中，可能利用最多的材料源自6-LiF和ZnS:Ag的粒狀混合物。這種混合物中的每個組分表現出“同類中最好(best-of-class)”的性能(即，分別地，中子俘獲和發光)。對于中子俘獲，LiF晶體結構提供固態中最高之一的Li位點密度，并由此在富集于6-Li中時最大化中子相互作用的概率。對于發光，ZnS:Ag是已知最亮的磷光體之一且在α和氚核暴露(即，6-Li中子俘獲的副產物)下它的發射仍然無可比擬。因此，通過光學透明粘合材料(粘合劑)結合在一起的6-LiF和ZnS:Ag的組合形成具有優異效率的中子閃爍體復合物(NSC)。

遺憾的是，當由這些粒狀混合物(例如，6-LiF/ZnS:Ag、10-B₂O₃/ZnS:Ag等)組成時，中子閃爍體復合物遭受光損耗，這是由于光在內部界面的散射以及在透射期間光的吸收。后者得到ZnS:Ag輔助，ZnS:Ag可自吸收自身發光。這些損耗機制產生厚度限制：增加NSC厚度超過某閾值(例如，對于6-LiF/ZnS:Ag混合物為約1.0?mm)，盡管對中子吸收有額外能力，卻提供不了進一步的光輸出。因此，不能取得大型連續的體積，而且同等重要的是，沒有相當大的工作區，許多有用的形狀不能得以實施。

簡述

本發明解決光學透明度的問題，通過：[1]將中子俘獲和發光功能組合至單一的閃爍體組合物并[2]使粘合劑材料與中子閃爍體材料折射率匹配。這些特征顯著減少內部吸收和散射，從而增加NSC本體(body)的光輸出。結果，到達光敏器件的光脈沖的數量和強度增加，這轉而顯著提高中子檢測效率。

內部吸收和散射的量取決于NSC光學界面的類型和表面積。對于常規的結合粒狀混合物(例如，6-LiF/ZnS:Ag)的NSC，可能的光學界面數量為5種(例如，6-LiF/粘合劑、ZnS:Ag/粘合劑、6-LiF/ZnS:Ag、6-LiF/6-LiF和ZnS:Ag/ZnS:Ag)。相比之下，本發明可能的界面數量為2種：閃爍體-粘合劑和閃爍體-閃爍體。代表相同材料之間接觸的后者已經折射率匹配，因此界面數量有效地為1種。因此，結合單一組合物降低光學復雜度并提高透明度。

此外，本公開的中子閃爍體展現的折射率(n?~?1.3-1.7)重合已知的環氧樹脂、熱塑性塑料、低熔點無機玻璃等(n?~?1.4-1.6)。組合物因此允許折射率匹配，其用于消除在閃爍體-粘合劑界面的光損耗。這樣的透明度提高允許大型連續的有用形狀的體積，繞過對尋求更昂貴的單晶實施方案的需求。相比之下，常規NSC通常含有ZnS:Ag，其高折射率(n?~?2.2)妨礙與已知粘合劑的折射率匹配。常規NSC本體因此不透明并限于小于1?mm的厚度。

此外，本公開的中子閃爍體復合物(例如其中粘合劑為聚碳酸酯樹酯等的那些)具有高耐沖擊性。這個強度允許大型中子檢測器的生產。

摘要

因此，在一個方面，本公開涉及一種中子閃爍體復合物，其包含：含鈰的中子閃爍體(具有非零濃度的鋰(Li)、鎂(Mg)和溴(Br))和粘合劑(其折射率基本相等于中子閃爍體的折射率)。在一些實施方案中，在含鈰中子閃爍體中的Li富含⁶Li。

在一個有關方面，本公開涉及一種中子閃爍體復合物，其包含含鈰的下式中子閃爍體：

Li_yMgBr_y+2，其中y?=?2、4或6，和

粘合劑材料，其具有的折射率基本相等于所述中子閃爍體的折射率。

在另一個方面，本公開涉及一種中子閃爍體復合物，其包含含鈰的下式中子閃爍體：

Li_yMg_1-xCe_xBr_y+2，其中0≤x＜1且y?=?2、4或6；和