[發(fā)明專利]一種閃爍晶體陣列抗輻照加固結(jié)構(gòu)及抗輻照加固方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110484301.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN113176604A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王強(qiáng);丁雨憧;屈菁菁;王璐;趙靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所
• 主分類號(hào): G01T1/202
• 分類號(hào): G01T1/202;G01T7/00
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

本發(fā)明公開了一種閃爍晶體陣列抗輻照加固結(jié)構(gòu)，在閃爍晶體陣列外表面包覆有中子吸收層，中子吸收層將閃爍晶體陣列除出光面的其余面包覆，在中子吸收層外表面包覆有中子慢化層，中子慢化層將中子吸收層外表面包覆；并公開了閃爍晶體陣列抗輻照加固方法，該方法從閃爍晶體陣列中子的屏蔽、閃爍晶體陣列中晶條抗X/γ輻照加固、閃爍晶體陣列中反射層材料抗X/γ輻照加固三方面對(duì)閃爍晶體陣列進(jìn)行抗輻照加固，可實(shí)現(xiàn)抗X/γ累計(jì)輻射劑量≥10⁴Gy，抗中子輻照通量≥10⁶/cm²，輻照劑量范圍內(nèi)光輸出、能量分辨率、衰減時(shí)間、透過率降低值＜5%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核輻射探測(cè)中閃爍晶體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種閃爍晶體陣列抗輻照加固結(jié)構(gòu)及抗輻照加固方法。

背景技術(shù)

閃爍晶體陣列是核輻射成像探測(cè)器的核心部件之一，是由多個(gè)獨(dú)立的晶體按照一定的方式排列組合成一個(gè)二維像素，具有射線位置分辨能力，能夠接收入射的X、γ等射線，發(fā)射出閃爍光。閃爍晶體陣列目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于核醫(yī)療、天體物理、高能物理、核安全、核反恐、國(guó)防軍事等領(lǐng)域，用于對(duì)X/γ射線進(jìn)行成像。但是有的應(yīng)用環(huán)境極其復(fù)雜和嚴(yán)酷，比較常見的是伽馬射線和中子的混合場(chǎng)輻射場(chǎng)，X/γ強(qiáng)輻射會(huì)導(dǎo)致閃爍晶體陣列內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，影響發(fā)光效率和光輸出，同時(shí)中子會(huì)與閃爍晶體陣列產(chǎn)生活化、核反應(yīng)、位移反應(yīng)等，會(huì)導(dǎo)致閃爍晶體陣列內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞并產(chǎn)生放射性本底，進(jìn)而影響核輻射成像探測(cè)器的信噪比，最終影響輻射成像探測(cè)系統(tǒng)的功能。

現(xiàn)有的閃爍晶體陣列抗輻照加固的方法報(bào)道很少，當(dāng)閃爍晶體陣列被輻照后性能降低，主要采用替換新的閃爍晶體陣列來保證輻射成像探測(cè)系統(tǒng)的性能，存在成本高且替換復(fù)雜的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的之一是：提供一種具有良好抗X/γ輻照抗性的閃爍晶體陣列的抗輻照加固結(jié)構(gòu)，以便增加閃爍晶體陣列的質(zhì)量和使用壽命。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種閃爍晶體陣列抗輻照加固結(jié)構(gòu)，在閃爍晶體陣列外表面包覆有中子吸收層，所述中子吸收層將閃爍晶體陣列除出光面的其余面包覆，在中子吸收層外表面包覆有中子慢化層，所述中子慢化層將中子吸收層外表面包覆。

進(jìn)一步，根據(jù)不斷的優(yōu)化，所述中子吸收層材料為硼（¹⁰B）、鋰（⁶Li）中的任意一種；所述中子吸收層厚度為5mm-10mm；經(jīng)驗(yàn)證上述材料均具有很大的中子吸收截面，同時(shí)對(duì)X/γ射線基本不吸收。

進(jìn)一步，所述中子慢化層材料為石蠟、水、石墨、聚乙烯、聚乙烯醇-聚乙烯中的任意一種；所述中子慢化層厚度為10mm-20mm；經(jīng)驗(yàn)證上述材料對(duì)中子慢化能力很強(qiáng)，同時(shí)對(duì)X/γ射線基本不吸收。

進(jìn)一步，所述閃爍晶體陣列由若干呈矩陣狀布置的晶條以及將每根所述晶條除出光面的其余面包覆的反射層構(gòu)成，所有晶條對(duì)應(yīng)的反射層一體成型；所述出光面為所述晶條的頂部面或底部面。

更優(yōu)的，所述晶條為GAGG閃爍晶體；所述晶條表面粗糙度≤10nm；所述晶條之間反射層的厚度為0.05mm-0.5mm。

作為一種優(yōu)選，所述晶條之間反射層的厚度為0.1mm-0.3mm。

進(jìn)一步，通過選擇不同的高反射率材料和粘合劑的組合，選擇最佳反射層材料。

所述反射層由氧化鎂、硫酸鋇、二氧化鈦、ESR膜、Teflon中任意一種和環(huán)氧樹脂膠組成；所述反射層中各原料純度為99.9%以上、粒徑為50nm-200nm、反射效率大于80%。

更優(yōu)的，所述反射層由二氧化鈦粉末和環(huán)氧樹脂膠混合而成；所述二氧化鈦粉末和環(huán)氧樹脂膠質(zhì)量比為1：0.6-1：0.8。

本發(fā)明目的之二是：提供一種閃爍晶體陣列的抗輻照加固方法；該方法將一般閃爍晶體進(jìn)行優(yōu)化加固，具有更強(qiáng)的抗X/γ輻照以及更好的中子吸收。