一种玻璃闪烁体及其制备方法以及热中子探测方法技术

本发明专利技术公开了一种玻璃闪烁体及其制备方法以及热中子探测方法，其中玻璃闪烁体由以下重量份的组分组成：SiO2：20-30份，10B2O3：30-40份，Na2O：11-14份，Al2O3：6-10份，Ce2O3：7-11份，Sb2O3：0.2-0.5份，碳粉：1-2份。该玻璃闪烁体解决了现有技术中玻璃闪烁体对热中子探测效率低的问题，提高了玻璃闪烁体的热中子探测效率和发光效率，以及缩短了玻璃闪烁体的光衰减时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光材料领域，具体涉及一种玻璃闪烁体及其制备方法以及热中子探测方法。
技术介绍
闪烁体是一种可以把X射线、γ射线或高能粒子的电离能转换成紫外/可见光的发光材料，是一种能量的转换体。闪烁体种类繁多。从物质状态分有固体闪烁体、液体闪烁体和气体闪烁体。对于固体闪烁体又可分为有机闪烁体、晶体闪烁体、玻璃闪烁体等。玻璃闪烁体是非晶态无机非金属材料，它具有制备过程简单，化学稳定性好，抗热冲击性能优良，以及体积和组成均可在相当大范围内变动，易适应各种不同应用要求等优势，因此是一种优良的闪烁体材料，可广泛用于高能粒子的探测。目前玻璃闪烁体的研究主要集中在Ce3+掺杂的玻璃上，主要是因为Ce3+的发射属于5d-4f跃迁，衰减时间较短且其5d-4f间能级差在La系离子中最小，非常有利于能量的传递。目前国内外已经研制出了多种系统的Ce3+掺杂玻璃用于对热中子的探测，但这些Ce3+掺杂玻璃对热中子的探测效率均不高，现阶段仍未研制出一种较理想的热中子探测材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种玻璃闪烁体及其制备方法以及热中子探测方法，解决了现有技术中玻璃闪烁体对热中子探测效率低的问题，提高了玻璃闪烁体的热中子探测效率和发光效率，以及缩短了玻璃闪烁体的光衰减时间。一方面，本专利技术提供了一种玻璃闪烁体，由以下重量份的组分组成：SiO2：20-30份，10B2O3：30-40份，Na2O：11-14份，Al2O3：6-10份，Ce2O3：7-11份，Sb2O3：0.2-0.5份，碳粉：1-2份。作为优选，所述玻璃闪烁体，由以下重量份的组分组成：SiO2：26-30份，10B2O3：34-40份，Na2O：11-14份，Al2O3：8-10份，Ce2O3：9-11份，Sb2O3：0.2-0.5份，碳粉：1-2份。作为优选，所述玻璃闪烁体的组分中，SiO2所对应的原料为高纯石英砂，10B2O3所对应的原料为H310BO3或/和10B2O3，Na2O所对应的原料为碳酸钠或/和硝酸钠，Al2O3所对应的原料为氧化铝粉或/和氢氧化铝，Ce2O3所对应的原料为六水合硝酸铈或/和草酸铈，Sb2O3所对应的原料为其氧化物本身，碳粉所对应的原料为高纯炭粉。另一方面，本专利技术提供了上述玻璃闪烁体的制备方法，包括以下步骤：(1)按照以下重量份的组分称取相应的原料，混合均匀，得配合料；SiO2：20-30份，10B2O3：30-40份，Na2O：11-14份，Al2O3：6-10份，Ce2O3：7-11份，Sb2O3：0.2-0.5份，碳粉：1-2份；(2)将配合料进行熔制，出料后再浇注成型，最后退火处理，即得所述玻璃闪烁体。作为优选，所述配合料熔制时，将配合料先放入封闭式的99瓷坩埚内，进行第一次熔制，将第一次熔制得到的玻璃液水淬，得到一次玻璃料；再将一次玻璃料烘干后，放入到白金坩埚中在强还原气氛下进行第二次熔制，熔制完后先降温、再出料。作为优选，所述第二次熔制时，白金坩埚置于玻璃二次熔制装置中，所述玻璃二次熔制装置置于硅钼棒炉内；所述玻璃二次熔制装置由双层坩埚套置而成，外层坩埚为带盖的粘土坩埚，内层坩埚为带陶瓷盖的刚玉坩埚，所述粘土坩埚的内底层铺设有石墨颗粒，所述刚玉坩埚置于粘土坩埚内的石墨颗粒上，所述刚玉坩埚的内底层铺设有石墨颗粒，所述白金坩埚置于刚玉坩埚内的石墨颗粒上。作为优选，所述第一次熔制的温度为1480-1510℃，第一次熔制的时间为1.5-2.5h；所述第二次熔制的温度为1480-1510℃，第二次熔制的时间为6-8h。作为优选，所述浇注成型采用的模具的温度为500-550℃。作为优选，所述退火的保温温度为450-470℃，所述退火的保温时间为2-3h，所述退火的降温速率为8-10℃/h。另外，本专利技术实施例还提供了一种热中子探测方法，所述方法为采用玻璃闪烁体对热中子进行探测，所述玻璃闪烁体为上述的玻璃闪烁体。本专利技术实施例提供的玻璃闪烁体，除了可应用于热中子探测，还可广泛应用于中子飞行时间实验、石油测井、无损探伤及中子照相等领域。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术实施例通过在玻璃闪烁体中引入大量的丰度高和热中子俘获截面较高的10B，提高了玻璃闪烁体的热中子探测效率，同时通过优化玻璃组分设计，在保证玻璃闪烁体中10B2O3的高含量时，兼顾了玻璃的形成能力、高的荧光强度和短的荧光寿命，即在提高玻璃闪烁体的热中子探测效率的同时，提高了玻璃闪烁体的发光效率以及缩短了发光衰减时间，从而提高玻璃闪烁体的可见光检测灵敏度和可见光检测准确性。附图说明图1为本专利技术实施例1的玻璃闪烁体的n-γ辐射脉冲幅度谱图；图2为本专利技术实施例1的玻璃闪烁体的光衰减动力学曲线图；图3为本专利技术实施例1的玻璃闪烁体的发射光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。本专利技术实施例提供的玻璃闪烁体是一种Ce3+掺杂的硼-10玻璃闪烁体，该玻璃闪烁体对中子探测基于核反应法，其原理是，中子入射该玻璃闪烁体时，被10B核俘获产生如下核反应：n+10B＝α+7Li+2.792MeVⅠ＝α+7Li*+2.31MeVⅡ↘7Li+γ+480KeV该核反应的产物核在运动过程中不断激发玻璃闪烁体，玻璃闪烁体中吸收核反应能的激活剂离子Ce3+产生闪烁而发射出紫外或可见光，这样对热中子的探测便可转换为对可见光的测量，由于对可见光的测量有多种有效方法可供选择，这样便将复杂的中子探测过程转化为简单的探测过程。该核反应对热中子界面核反应截面高，可达3840巴。本专利技术实施例提供的玻璃闪烁体的组分及含量如表1所示，其中SiO2所对应的原料为高纯石英砂，10B2O3所对应的原料为H310BO3或/和10B2O3，Na2O所对应的原料为碳酸钠或/和硝酸钠，Al2O3所对应的原料为氧化铝粉或/和氢氧化铝，Ce2O3所对应的原料为六水合硝酸铈或/和草酸铈，Sb2O3所对应的原料为其氧化物本身，碳粉所对应的原料为高纯炭粉。实施例1按表1所示的玻璃闪烁体组分的重量份含量称取以下原料：30g高纯石英砂，53.3gH310BO3，23.9g碳酸钠，10g氧化铝粉，35.3g六水合硝酸铈，0.2gSb2O3，2g高纯炭粉；将这些原料混合均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃闪烁体，其特征在于，由以下重量份的组分组成：SiO2：20‑30份，10B2O3：30‑40份，Na2O：11‑14份，Al2O3：6‑10份，Ce2O3：7‑11份，Sb2O3：0.2‑0.5份，碳粉：1‑2份。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃闪烁体，其特征在于，由以下重量份的组分组成：
SiO2：20-30份，
10B2O3：30-40份，
Na2O：11-14份，
Al2O3：6-10份，
Ce2O3：7-11份，
Sb2O3：0.2-0.5份，
碳粉：1-2份。
2.根据权利要求1所述的玻璃闪烁体，其特征在于，由以下重量份的组分组成：
SiO2：26-30份，
10B2O3：34-40份，
Na2O：11-14份，
Al2O3：8-10份，
Ce2O3：9-11份，
Sb2O3：0.2-0.5份，
碳粉：1-2份。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃闪烁体，其特征在于，所述玻璃闪烁体的组分中，SiO2所对应的原料为高纯石英砂，10B2O3所对应的原料为H310BO3或/和10B2O3，Na2O所对应的原料为碳酸钠或/和硝酸钠，Al2O3所对应的原料为氧化铝粉或/和氢氧化铝，Ce2O3所对应的原料为六水合硝酸铈或/和草酸铈，Sb2O3所对应的原料为其氧化物本身，碳粉所对应的原料为高纯炭粉。
4.权利要求1所述的玻璃闪烁体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照以下重量份的组分称取相应的原料，混合均匀，得配合料；
SiO2：20-30份，
10B2O3：30-40份，
Na2O：11-14份，
Al2O3：6-10份，
Ce2O3：7-11份，
Sb2O3：0.2-0.5份，
碳粉：1-2份；
(2)将配合料进行熔制，出...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永昌，李佳宇，刘峻，关铭，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11