[發明專利]一種鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體及其制備方法

在審

• 申請號: 201410657884.8
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104372410A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 劉瑋;潘尚可;任國浩;李煥英;陳曉峰;張衛東
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B15/00;C09K11/78
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及晶體領域，具體涉及一種鈰摻雜硼酸鹽閃爍晶體及其提拉法制備方法。

背景技術

本發明具體涉及無機閃爍晶體及中子探測領域。無機閃爍晶體發光可以分為本征發光和非本征發光。其中，非本征發光機理為入射的輻射直接被激活劑所吸收，或由基質晶格先吸收，再經過載流子遷移或能量傳遞將能量從基質晶格傳遞給激活劑。并最終產生一個被激發的，帶電子的激活原子，然后這些電子退激發后躍遷回基態并發出光子。本發明鈰摻雜硼酸鹽閃爍晶體Li₆Lu_(1-x)Y_x(BO₃)₃屬于非本征發光，Li₆Lu_(1-x)Y_x(BO₃)₃晶體本身不發光，鈰作為激活劑。

中子具有很強的穿透力，可作為非損傷性探頭，也可用來研究材料的性能；中子具有磁矩，可用來研究微觀磁結構、磁波動，開發磁性材料；中子具有自旋,也可用于研究相干和不相干散射；熱中子的能量與固體中的基本激勵能量相似，可用于研究凝聚態物理；中子波長與原子間距相似，可用來研究結構靈敏度、10^-13到10^-14厘米的結構信息、晶體結構和原子間距；中子還對輕的原子核敏感，可用同位素替代和利用對比變量區分復雜分子結構。因此，中子在凝聚態物理、化學、材料科學、生物工程、核醫學、核化學等基礎和前沿領域的建設，在安全檢測和工業無損檢測，在基礎研究、核能源開發以及與社會經濟發展、人民生活健康息息相關的許多領域都起著至關重要的應用，并已經產生了巨大的經濟與社會效益。

中子探測閃爍體主要利用中子與探測材料中的某些同位素反應釋放出α粒子或γ射線進而激發閃爍體發光，進而探測中子。因此，中子探測閃爍材料必須具備兩個基本條件：1)含有上述同位素的一種或幾種，從而吸收熱中子并把其能量轉變為其它形式的電離輻射能；2)能夠把輻射能轉化為光。

Li₆Gd(BO₃)₃：Ce晶體是當前國際中子探測領域研究熱點和前沿，具有良好的綜合性能。然而Gd元素中的兩種天然同位素¹⁵⁵Gd(自然豐度15％)和¹⁵⁷Gd(自然豐度16％)易與中子反應產生的γ射線和X射線在現有技術條件下無法與中子輻射背景中的γ射線和X射線分開，因此實際探測中子效率并不高。以Lu取代Gd,Ce:Li₆Lu(BO₃)₃晶體雖具有良好的閃爍性能,但該晶體由于含有原子序數很高的Lu³⁺離子,導致晶體的有效原子序數較高,使其對伽馬射線敏感而對中子的敏感度較低,進而影響其n-γ甄別能力。

發明內容

本發明旨在進一步提高現有中子探測閃爍晶體的性能，本發明提供了一種鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體及其制備方法。

本發明提供了一種鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體，所述鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的組成化學式為Li₆Lu_(1-x-y)Y_xCe_y(BO₃)₃，其中，0＜x≤0.9999，y的取值范圍為0.0001≤y≤0.1，且滿足x+y<1。

較佳地，x的取值范圍為0＜x≤0.4。

本發明提供了一種上述鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的制備方法，所述方法包括：

1)按所述鈰摻雜稀土硼酸鹽閃爍晶體的組成化學式，稱量H₃BO₃或者B₂O₃、Lu₂O₃、Y₂O₃、Ce源、Li₂CO₃或者Li₂O混合后，壓制成塊狀料，在600-750℃、中性或還原氣氛下預燒結得到Li₆Lu_(1-x-y)Y_xCe_y(BO₃)₃多晶原料，其中，Ce源包括CeO₂、Ce(NO₃)₃和/或Ce；