本发明专利技术涉及一种热中子探测用硼磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法，所述闪烁玻璃通过高温熔融工艺制备得到；所述闪烁玻璃包括基质和发光中心，所述基质的组成体系为Li2O-B2O3-P2O5，所述基质中各组分的比例为：Li2O 20-60mol%，B2O3 0-80mol%，P2O5 0-55mol%，上述各组分的比例之和为100%，所述发光中心为Ce3+离子，其相对所述基质中各组分的摩尔量之和的摩尔含量为0.05-5mol%。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热中子探测用硼磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法，具体涉及一种稀土离子掺杂硼磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法，属于发光材料领域。
技术介绍
闪烁材料是一种将α、β、γ射线或X射线等高能粒子的电离能转化为紫外/可见光的光功能材料，近年来在高能物理、核物理、天体物理、地球物理、工业探伤、医学成像和安全检测等领域得到了广泛的应用。而中子是一种不带电的亚原子强粒子，不会引起物质电离，几乎不与核外电子相互作用。目前对中子的探测往往通过对中子与原子核相互作用所产生的次级粒子的检测来实现。因此，要实现对热中子的有效探测，闪烁材料基质中必须富含对中子俘获截面较大的6Li和(或)10B等核素。 目前中子探测器主要包括气体探测器，液体探测器和固体探测器。气体探测器一般使用气态闪烁体，例如含有3He(He的同位素)或10B(B的同位素)的气体，例如10BF3。该闪烁体的缺点是占空体积大导致不易携带、充气管制作成本昂贵。液体闪烁体也存在体积相对较大和不便于携带等缺点。固体闪烁体因紧凑性及便于携带性使其在中子探测领域中具有重要的应用前景。 在使用固体探测器探测中子时，使用最多的闪烁材料是6LiF/ZnS:Ag或10B2O3/ZnS:Ag的组合混合物。这种混合物中的每个组分在同类中都具有最佳性能。其中6LiF(或10B2O3)晶体可增强闪烁体与中子相互作用的概率，通过核反应将俘获中子的能量传递给高效的ZnS:Ag发光体。因此，通过光学透明粘合材料(粘合剂)结合在一起的6LiF/ZnS:Ag或10B2O3/ZnS:Ag组合形成具有一定效率的中子探测用复合闪烁体。 正如专利公开号为CN101220265A，名称为“探测中子的闪烁组合物及其制备方法”专利技术专利中的技术背景所述，这种闪烁复合体在使用过程中亦存在一系列无法克服的问题。首先，粘合剂的加入导致有效锂(或硼)密度比预期的更低，减少了对中子的俘获几率。其次，6LiF(或10B2O3)和ZnS：Ag混合粉末中的界面散射以及透射过程的吸收作用会引起发射光强度损耗。这些损耗机制诱导出所谓的“厚度限制”问题，即中子探测用复合闪烁体厚度超过其阈值(如6LiF/ZnS:Ag约为1mm)时，尽管增强了复合闪烁体对中子的俘获能力，但相应的光输出却没有进一步提高。因此，不能获得连续大型体积的复合闪烁体，进而导致许多有用形状的高效中子探测装置难以投入实际应用。 为解决中子探测用复合闪烁体的光散射及其诱导的“厚度限制”等应用过程中的局限性问题，稀土掺杂闪烁玻璃是一个较为理想的解决方案。这是由于稀土掺杂闪烁玻璃具有化学组分易调、光学均匀性好、容易实现大尺寸以及制备方法简单等优势。更为重要的是，闪烁玻璃能拉制成光学纤维并制作光纤面板，可进一步拓展其应用领域。如专利公开号为CN1903763A，名称为“一种热中子探测用玻璃闪烁体及其制备方法”的专利技术专利就公开了一种以Ce3+离子为发光中心的Li2O-Al2O3-SiO2玻璃闪烁材料，其中子探测效率为90％，但相应的衰减时间较长(约100ns)；而专利号为US2010/0111487A1，名称为“Phosphate glasses suitable for neutron detection and fibers utilizing such glasses”就公开了一种以Ce3+离子为发光中心的磷酸盐闪烁玻璃，但玻璃中Li2O和B2O3组分总含量不超过30mol％，有可能限制闪烁玻璃对中子的俘获能力。此外，专利号为JP2005200462-A，名称为“Glass scintillator for detection of neutrons,comprises specific lithium isotope,boron isotope,phosphorus and cerium”的日本专利公开过Ce3+掺杂Li2O-B2O3-P2O5体系玻璃的合成，但没有公开玻璃中俘获截面较大Li2O这一关键组份的优化含量，且玻璃是在1000℃下的较高温度下合成，这可能导致玻璃中锂和硼元素挥发，进而降低了玻璃中有效俘获中子的元素总含量。如何制备得到一种富含中子俘获元素总含量高的闪烁玻璃，是提高中子探测效率的关键，因此成为该领域的研究热点之一。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有Ce3+离子为发光中心的磷酸盐闪烁玻璃制备方法存在的制备温度过高和玻璃中中子俘获元素含量偏低等缺陷，本专利技术提供了一种热中子探测用硼磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法。 本专利技术提供了一种热中子探测用稀土离子掺杂硼磷酸盐闪烁玻璃，所述闪烁玻璃通过高温熔融工艺制备得到；所述闪烁玻璃包括基质和发光中心，所述基质的组成体系为Li2O-B2O3-P2O5，所述基质中各组分的比例为：Li2O20-60mol％，优选Li2O45～57.5mol％，B2O30-80mol％，优选B2O35～30mol％，P2O50-55mol％，优选P2O525～55mol％，上述各组分的比例之和为100％，所述发光中心为Ce3+离子，其相对所述基质中各组分的摩尔量之和的摩尔含量为0.05-5mol％，优选0.05～3mol％。 本专利技术提供的稀土离子掺杂硼磷酸盐闪烁玻璃，富含中子俘获截面较大的6Li和(或)10B等化合物，可极大提高中子与硼磷酸盐闪烁玻璃的俘获截面，能显著提高中子探测效率；通过调节玻璃中硼磷比例(B：P)，可有效调节Ce3+的发射波长，使其发射峰位有效地匹配于现有商用光电倍增管和CCD阵列等探测器件。所述的稀土离子掺杂硼磷酸盐闪烁玻璃，可直接制作成中子闪烁屏或闪烁阵列；也可进一步将其拉制成光纤，制作光纤面板，以提高中子探测的效率。闪烁玻璃可应用于中子探测、中子飞行时间、石油测井、无损探伤及中子照相等领域。 本专利技术还提供一种制备上述闪烁玻璃的方法，所述方法包括： 1)按照闪烁玻璃的组分称取Li2O原料、B2O3原料、P2O5原料、Ce3+原料，并混合均匀； 2)将步骤1)中混合均匀的原料在700-950℃下融化、保温规定时间得到玻璃熔体，之后浇注成型，形成玻璃； 3)将步骤2)中得到的玻璃进行退火处理，即得到闪烁玻璃。 较佳地，所述步骤1)中，Li2O原料可为Li2CO3，B2O3原料为B2O3和/或H3BO3，P2O5原料可为NH4H2PO4，Ce3+原料为含Ce3+的氧化物、卤化物、碳酸盐、硝本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热中子探测用稀土离子掺杂硼磷酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述闪烁玻璃通过高温熔融工艺制备得到；所述闪烁玻璃包括基质和发光中心，所述基质的组成体系为Li2O‑B2O3‑P2O5，所述基质中各组分的比例为：Li2O 20‑60 mol%，优选Li2O45～57.5mol%，B2O3 0‑80 mol%，优选B2O3 5～30mol%，P2O5 0‑55 mol%，优选P2O5 25～55mol%，上述各组分的比例之和为100%，所述发光中心为Ce3+离子，其相对所述基质中各组分的摩尔量之和的摩尔含量为0.05‑5 mol%，优选0.05～3mol%。
【技术特征摘要】
1.一种热中子探测用稀土离子掺杂硼磷酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述闪烁玻璃通过高温熔融工艺制备得到；所述闪烁玻璃包括基质和发光中心，所述基质的组成体系为Li2O-B2O3-P2O5，所述基质中各组分的比例为：Li2O 20-60 mol%，优选Li2O45～57.5mol%，B2O3 0-80 mol%，优选B2O3 5～30mol%，P2O5 0-55 mol%，优选P2O5 25～55mol%，上述各组分的比例之和为100%，所述发光中心为Ce3+离子，其相对所述基质中各组分的摩尔量之和的摩尔含量为0.05-5 mol%，优选0.05～3mol%。
2.一种制备权利要求1所述闪烁玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括：
1）按照闪烁玻璃的组分称取Li2O原料、B2O3原料、P2O5原料、Ce3+原料，并混合均匀；
2）将步骤1）中混合均匀的原料在700-950℃下融化、保温规定时间得到玻璃熔体，之后浇注成型，形成玻璃；
3） 将步骤2）中得到的玻璃进行退火处理，即得到闪烁玻璃。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1）中，Li...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑丽华，陈昊鸿，孙心瑗，毛日华，张志军，赵景泰，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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