一种新型塑料光纤复合闪烁体制备方法技术

本发明专利技术公开一种新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，将ZnO纳米颗粒、2,5

【技术实现步骤摘要】
一种新型塑料光纤复合闪烁体制备方法


[0001]本专利技术涉及一种新型塑料光纤复合闪烁体制备方法。

技术介绍

[0002]闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，其与光的收集部件和光电转换器件等共同组成辐射探测器，用于探测各种高能粒子与射线，广泛应用于高能物理、核物理、放射医学、地质勘探、防爆检测等领域。
[0003]用于辐射探测器的闪烁体可分为有机闪烁体和无机闪烁体两大类。塑料闪烁体是有机闪烁物质在塑料中的固溶体，属于有机闪烁体，可用于α、β、γ、快中子、质子、宇宙射线及裂变碎片等的探测。塑料闪烁体的组分通常由基质闪烁物质及移波剂组成，在受到高能射线及高能粒子照射时能够发射出特定波长的荧光，其具有不潮解、性能稳定、耐辐射、闪烁衰减时间短与价格低廉等优点，是当今应用很广的一种闪烁体。
[0004]但由于塑料闪烁体的材质原因，目前的塑料闪烁体光产额较低。因为塑料闪烁体的原子序数小，对射线的吸收能力弱，穿过闪烁体的大量高能粒子未激发闪烁体中闪烁剂发光即已穿越闪烁体，而探测器对探测到的射线衰变计数率存在要求，在探测器使用上表现为对于光子产生量存在要求。因此，为捕获足够的射线，达到理想的探测效果，常将闪烁体尺寸设计得十分巨大。以某种针对煤矿工况的γ射线法煤矸识别设备为例，其采用的闪烁体尺寸为1m*0.2m*0.1m，重达数十千克，对于在矿井等狭小空间进行探测和使用造成了障碍，阻碍了自然射线法煤矸识别等技术在煤矿等领域的应用。
[0005]另外，目前塑料闪烁体体生成的光子需要经光学玻璃或光纤传导至光电倍增管以供探测。光子的收集传运路径为：闪烁体
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光导玻璃
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光电倍增管，这种三级收集机制存在闪烁体至光导玻璃，和光导玻璃至光电倍增管两个界面，光子在穿越界面时存在折射和被吸收等损耗，且由于制备工艺的问题，这两界面之间不免存在间隙，导致光子传输路径耦合效率低下，影响探测精度。虽然，有文献报道可通过在塑料闪烁体中机械开槽安放传导光纤，以提高光纤与闪烁体接触面积从而提高光传输路径的耦合效率，但该工艺亦存在磨花塑料闪烁体与光纤接触面的问题，光传导效率提高并不明显。
[0006]因此，如何提高塑料闪烁体的光产额，以及如何提高光子的传导效率仍是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对上述存在的目前的塑料闪烁体光产额较低、光子的传导效率低下等问题，本专利技术提供一种新型塑料光纤复合闪烁体及其制备方法，在传统聚苯乙烯塑料闪烁体基础上增加了高原子序数材料ZnO纳米颗粒作为射线捕获材料和辅助闪烁剂，以增加光产额；同时在其内部闪烁剂区域存在类光纤结构，通过类光纤结构两侧材料折射率差异使得射线产生的光子在光线结构内全反射，减少了闪烁体内部光子的逸散。具体技术方案如下：一种新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，包括如下步骤：
1）将ZnO纳米颗粒、2,5
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二苯基恶唑和4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯按照一定比例溶于苯乙烯中，混合均匀，获得B液；2）将制备的B液于恒温箱中进行预聚合，获得B液预聚物；3）将B液预聚物注入密闭容器中，将光纤毛细管穿过密闭容器插入B液预聚物的液面之下；将B液预聚物压入光纤毛细管，之后对其均匀加热，使光纤毛细管中的B液预聚物凝固；然后截取剥离中部毛细管的光纤，获得B材料光纤；4）再将2,5
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二苯基恶唑和4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯按照一定比例溶于苯乙烯中，混合均匀，获得A液；5）将A液加热并保温一段时间，进行预聚合，同时在密闭容器中预先悬垂B材料光纤，通入氮气去除空气，然后沿着密闭容器内壁缓慢加注加热后的A液；6）A液注加完成后，将密闭容器内温度缓慢升高到预定温度，保温一段时间，再将温度缓慢降到室温，使A液聚合凝固获得最终闪烁体。
[0008]前述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，步骤1）中，所述B液中，ZnO纳米颗粒的质量分数浓度为8～12%，优选为10%；2,5
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二苯基恶唑的质量分数浓度为0.6～1.2%，优选为1%；4
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双(5
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苯基
‑2‑
恶唑基)苯的质量分数浓度为0.01～0.03%，优选为0.02%。
[0009]前述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，步骤2）中，所述B液于恒温箱中进行预聚合的温度为55℃，预聚合的时间为120h。
[0010]前述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，步骤3）中，所述将B液预聚物压入光纤毛细管，为依靠毛细作用并和通过在液面通入氮气使得预聚液进光纤入毛细管；所述对其均匀加热为45℃下，自下至上缓慢对光纤入毛细管加热，使其内的B液预聚物凝固收缩，所述截取的B材料光纤，其长度依照闪烁体尺寸确定，为需要制备的闪烁体长度的整数倍。
[0011]前述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，步骤4）中，所述A液中，2,5
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二苯基恶唑的质量分数浓度为0.6～1.2%，优选为1%；4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯的质量分数浓度为0.01～0.03%，优选为0.02%。
[0012]前述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，步骤5）中，所述A液加热温度为65～80℃，保温时间为45～50h；注加A液的速度为100ml/h。
[0013]前述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，步骤5）中，悬垂的B材料光纤与注加的A液体积比为1:7～12。
[0014]前述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，步骤6）中，A液注加完成后的温度温升降程序为：先以5℃每小时的速度将密闭容器内温度升高到100℃后保持120h，再以5℃每小时的速度将密闭容器内温度降到室温。
[0015]本专利技术的有益效果是：1）本专利技术将传统的聚苯乙烯塑料闪烁体分成两部分，其中一部分加入高原子序数材料ZnO纳米颗粒作为射线捕获材料和辅助闪烁剂，并制成光纤材料，然后将该光纤材料垂悬固化在另一部分聚苯乙烯塑料闪烁体中，提高光产额的同时提高了光子的传导效率。
[0016]2）本专利技术闪烁体中垂悬的光纤在承担闪射线捕获材料和辅助闪烁剂产生光子的功能的同时，由于其为内置光纤可以在闪烁体连接光电倍增管侧集中后直接与光电倍增管连接，起到了传统工艺中光导玻璃传导光子的作用，省去了光导玻璃这一中间部件，简化了仪器结构；且该光纤与聚苯乙烯塑料闪烁体存在折射率差异，射线照射产生的光子将被收
集在光纤内并传导至其耦合的光电倍增管，较于机械开槽放置传导光纤的传统生产工艺有效减少了光子的逸散损失，提高了光子的传导效率。
[0017]3）本专利技术方法制备的闪烁体光纤存在两条光子产生途径：途径1：PPO作为第一闪烁剂，吸收γ射线辐射能，PPO中苯环的π电子被激发后退激发出荧光，POPOP吸收PPO激发出的荧光，荧光波长移动到与光电倍增管匹配的范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）将ZnO纳米颗粒、2,5
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二苯基恶唑和4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯按照一定比例溶于苯乙烯中，混合均匀，获得B液；2）将制备的B液于恒温箱中进行预聚合，获得B液预聚物；3）将B液预聚物注入密闭容器中，将光纤毛细管穿过密闭容器插入B液预聚物的液面之下；将B液预聚物压入光纤毛细管，之后对其均匀加热，使光纤毛细管中的B液预聚物凝固；然后截取剥离中部毛细管的光纤，获得B材料光纤；4）再将2,5
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二苯基恶唑和4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯按照一定比例溶于苯乙烯中，混合均匀，获得A液；5）将A液加热并保温一段时间，进行预聚合，同时在密闭容器中预先悬垂B材料光纤，通入氮气去除空气，然后沿着密闭容器内壁缓慢加注加热后的A液；6）A液注加完成后，将密闭容器内温度缓慢升高到预定温度，保温一段时间，再将温度缓慢降到室温，使A液聚合凝固获得最终闪烁体。2.根据权利要求1所述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述B液中，ZnO纳米颗粒的质量分数浓度为8～12%，2,5
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二苯基恶唑的质量分数浓度为0.6～1.2%，4
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双(5
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苯基
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恶唑基)苯的质量分数浓度为0.01～0.03%。3.根据权利要求2所述的新型塑料光纤复合闪烁体制备方法，其特征在于：所述B液中，ZnO纳米颗粒的质量分数浓度为10%，2,5
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二苯基恶唑的质量分数浓度为1%，4
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双(5
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苯基
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恶唑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁波，于进，胡剑宁，殷培东，刘长友，连全东，任国军，常玉杰，齐澜斌，陈欢，刘家豪，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：