光致荧光辐射剂量探测技术制造技术

本发明专利技术涉及一种光致荧光辐射剂量探测技术，该技术利用掺杂两种稀土元素的碱土金属硫化物的光致荧光特性，通过光致荧光剂量片存储辐射剂量，用光电系统内的光源激发，并用灵敏的弱光探测装置读出荧光片中存储的辐射剂量，获得一种新型的辐射剂量测量技术。该技术包括辐射敏感的光致荧光材料（掺杂两种稀土元素的碱土金属硫化物）、光致荧光辐射剂量片和进行辐射剂量测量所使用的探测设备，适用于γ射线、电子束辐射、Ｘ射线等的剂量的测量。该技术测量范围宽、灵敏度高；存储的辐射剂量用内部光源照射清除，设备相对简单、体积小、功耗低。此测量仪器很适合空间在线实时辐射剂量探测，另外还可以用于集成电路辐射，取得了良好的应用效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种光致荧光电离辐射剂量探测技术，涉及半导体物理、固体辐射物理、辐射剂量学和电子

技术介绍
1955年，苏联科学家罗马诺夫斯基第一次提出了用对远红外光敏感的SrS:Eu，Sm制作电离辐射剂量计的建议，并将其定义为光致荧光(Optically Stimulated Luminescence，OSL)剂量计。由于测量灵敏度及测量方法等方面存在的问题，同时也由于热释光剂量计(TLD)的迅速发展，一直到80年代，光致荧光在辐射剂量测量方面才有了进一步发展。近年来国外也有利用光致荧光材料作为辐射敏感物质制作剂量计的报道。光致荧光材料被γ射线、X射线、高能电子束等辐照后，价带上的电子被激发到导带，被禁带中的陷阱能级俘获，当材料受到一定波长的红外光照射激发后，陷阱中的电子跃迁到导带，最后与禁带中的发光中心复合，发出一定波长范围的荧光光子，发光量的大小具有7个数量级动态范围，这就是光致荧光材料的发光原理。目前使用的各种空间辐射探测器的探测原理不尽相同，大多是利用电离辐射对物质原子的电离和激发作用，常用的辐射剂量计有电离室、化学剂量计、热释光剂量计、薄膜剂量计、半导体PMOS剂量计等。国内目前尚无利用光致荧光材料进行辐射剂量测量的实验报道。本专利技术利用掺杂两种稀土元素的碱土金属硫化物材料的光致荧光特性，进行辐射剂量的测量，取得了良好的效果。可以用于空间辐射剂量在线实时测量，满足体积小、重量轻、功耗低的要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于，提供一种光致荧光辐射剂量探测技术，该技术利用掺杂两种稀土元素的碱土金属硫化物的光致荧光特性，获得一种新型的辐射剂量测量技术。该技术包括辐射敏感的光致荧光材料(掺杂两种稀土元素的碱土金属硫化物)、光致荧光辐射剂量片和进行辐射剂量测量所使用的探测设备。本专利技术利用掺杂两种稀土元素的碱土金属硫化物进行辐射剂量测量，取得了良好的应用效果。这种材料是通过在宽带隙II-VI族化合物中掺杂两种稀土元素D1，D2制备而成，其中一种元素D1(主激活剂)作为光致发光中心，另一种元素D2(辅助激活剂)在基质材料中形成陷阱能级，由于稀土元素具有未充满的4F壳层，而4F电子被外层5S2、5P6电子屏蔽的特性，使其具有相当复杂的类线状光谱和奇特的光学性能。该光致荧光材料的发光原理正是利用它的这种性能，能够制备出性能良好的光致荧光辐射剂量计。事实证明用掺杂两种稀土元素的碱土金属硫化物进行辐射剂量测量，其灵敏度高，可测辐射剂量范围宽，体积小，耗能低，清零简单，可用于空间在线实时辐射测量。本专利技术所述的一种光致荧光辐射剂量探测技术，该技术包括光致荧光材料、光致荧光辐射剂量片和进行辐射剂量测量所使用的探测设备，进行对γ射线、X射线、高能电子束辐射剂量的测量；其中光致荧光材料为掺杂稀土元素的碱土金属硫化物RS:X，R为碱土金属钙、锶、钡中一种元素，X为钐、铈、铕中的两种；光致荧光辐射剂量片是将掺杂稀土元素的碱土金属硫化物的光致荧光粉均匀分散在透光良好的透明物质溴化钾或有机玻璃中，采用常规的热压法制得光致荧光剂量片或先用氯仿调制有机玻璃胶，再加荧光粉调制出混合物，待氯仿挥发后，制得光致荧光剂量片；进行辐射剂量测量所使用的探测设备是由电源、可控的光源驱动电路、光源、探测平台、光传感器、信号放大电路、信号输出和记录存储输出系统组成，光源为红外光二极管或激光二极管；光传感器为镓砷磷光电二极管或PIN型光电二极管或磷化镓二极管；信号放大电路采用一级或多级运算放大电路放大信号。掺杂稀土元素的碱土金属硫化物的荧光粉经过辐照后，用波长850～1200nm红外光进行激发，发出波长400～600nm的可见光。本专利技术先将光致荧光片经γ射线辐照后，用红外光对其进行照射，材料可发出荧光。用对同样的荧光片进行一系列不同强度的辐射剂量后，用红外光进行照射，其发射的光强累积量与辐照剂量有良好的线性关系。该光强通过光电转换及放大系统给出的电压换算得出。光致荧光辐射剂量片是将光致荧光材料均匀的分散到一种透光良好的介质中去。这种透明的介质为有机玻璃或溴化钾。用有机玻璃做基质时，方法一需要先配制有机玻璃胶，将有机玻璃颗粒与酒精按照1∶10-30的质量比混合，最佳的质量比为1∶15-20，混合后前3个小时每隔30分钟搅拌3分钟，然后封闭静置24小时，即可得到性能良好的有机玻璃胶；按照光致荧光粉与有机玻璃胶1∶100的质量比，将光致荧光粉缓慢加入到有机玻璃胶中去，同时需要不断搅拌，待均匀后将混合物放入预先制作的开口模具中，模具中间的孔直径可在6-15mm之间，放入胶的厚度在3-4mm之间，开口放置24-48小时即可得到性能良好的光致荧光辐射剂量片。方法二将有机玻璃粉进一步粉碎，与光致荧光粉按4-6∶1混合放入内径为8mm的模具中，然后将模具放入热压炉中，加压5～-30kg/cm2，炉温升到250-400℃，保温10～-30分钟，然后冷却后脱模，得到直径为8mm的棒材，将该棒材切成厚度为1.2mm的薄片即得到性能良好的光致荧光辐射剂量片。其它可用于做基质的有机材料均可用此热压法制作，须根据基质的有机材料的熔点确定热压炉的温度。用溴化钾做基质时，先把溴化钾在烘箱内烘干，再按照6∶1将溴化钾与掺杂两种稀土元素的碱土金属硫化物光致荧光材料混合放入研钵中，研磨10-30分钟，然后将均匀混合的磨料放入模具中，加压50～200kg/cm2，取出片子后在表面均匀涂一层0.8mm厚的有机玻璃胶，待有机玻璃胶干燥后即可使用；辐射剂量测量所使用的探测设备是由电源、可控的光源驱动电路、光源、探测平台、灵敏的光探测传感器、信号放大电路、信号输出和记录存储输出系统组成，该探测设备能够良好的读取荧光片所受到的辐射剂量。辐射剂量测量所使用的探测设备电源部分本电源可为光源驱动电路提供稳定的+5V直流电压，为信号放大电路提供稳定的±5V直流电压。在电路中我们采用了双变压器变压结构，保证了±5V交流电压的稳定输出，滤波稳压装置保证了直流电压的稳定。红外光光源及可控的光源驱动电路光源为红外光，由激光二极管提供。由可控时的光源驱动电路控制激光二极管的发光状态，目前，发光状态有两种设置，一种是脉冲式发光，另一种是连续式发光，发光时间较宽的可调范围，目前设备调节的时间范围可从5s-60s。光传感器及信号放大电路由于荧光片受激发射光的光强在一个很大的范围内变化，所以需要很灵敏的光探测传感器，以及能够放大微弱电信号的放大电路。光传感器的光谱探测波段要与荧光片发射荧光的波段有较好的吻合。光信号通过光传感器及放大电路以后，光信号变为可测的电压信号输出。当采用一级放大电路时，运放电路选用的反馈电阻为5.6MΩ时，单级放大倍数可达到466倍。由于有一定的暗电流，再加上不可避免的少量外界干扰，有一定的本底电压信号存在，经过多次测量，可得本底电压均值，在实际测量中，将测量结果减去本底电压均值，可将外界干扰降至最小，同时提高了探测的精度与可探测的下限。由于辐射剂量较小时，信号很微弱，所以需要放大电路有很好的抗外界干扰的能力。本专利技术采取了多种措施来解决这个问题。将光源驱动电路与放大电路分别放在两个电路板上，先把放大电路封闭在一个小的金属盒中，再把光源驱动电路、光源、探测平台、灵敏的光探测传感器、小信号放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光致荧光辐射剂量探测技术，其特征在于该技术包括光致荧光材料、光致荧光辐射剂量片和进行辐射剂量测量所使用的探测设备，进行对γ射线、Ｘ射线、高能电子束辐射剂量的测量；其中光致荧光材料为掺杂稀土元素的碱土金属硫化物ＲＳ∶Ｘ，Ｒ为碱土金属钙、锶、钡中一种元素，Ｘ为钐、铈、铕中的两种；光致荧光辐射剂量片是将掺杂稀土元素的碱土金属硫化物的光致荧光粉均匀分散在透光良好的透明物质溴化钾或有机玻璃中，采用常规的热压法制得光致荧光剂量片或先用氯仿调制有机玻璃胶，再加荧光粉调制出混合物，待氯仿挥发后，制得光致荧光剂量片；进行辐射剂量测量所使用的探测设备是由电源、可控的光源驱动电路、光源、探测平台、光传感器、信号放大电路、信号输出和记录存储输出系统组成，光源为红外光二极管或激光二极管；光传感器为镓砷磷光电二极管或ＰＩＮ型光电二极管或磷化镓二极管；信号放大电路采用一级或多级运算放大电路放大信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巴维真，陈朝阳，刘秋江，朱磊，丛秀云，汤新强，郑应之，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：65[中国|新疆]