【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在辐射场能进行中子与伽马射线甄别的高硬度聚硅氧烷闪烁体及其制备方法和应用，属于有机闪烁体制备技术。
技术介绍
1、中子的检测在许多领域变得越来越重要，包括核废料储存库监测、边境上的非法裂变材料贩运检查、核物理研究专用工厂(如放射性离子束生产、中子散裂源等)以及其他与安全控制相关的领域。传统的塑料闪烁体抗辐射性能较差，耐热性有限，难以在某些复杂环境中使用。在20世纪80年代后期，人们提出了使用聚硅氧烷作为聚苯乙烯的替代材料，用于制造塑料闪烁体。这是因为si-o键的强度比c-c键更高，使得在高能粒子的作用下，聚合物链的损伤概率显著降低。即使在高剂量辐照下，也没有观察聚硅氧烷闪烁体出现明显着色的现象。然而，由于聚硅氧烷分子之间的相互作用较弱，其强度较低。作为塑料闪烁体基质，聚硅氧烷的主要缺点是其机械性能不佳。
2、脉冲形状辨别(pulse shape discrimination,psd)技术可以通过分析信号的形状来识别与闪烁体相互作用的粒子。不同粒子的相互作用过程导致了形状的差异。中子与闪烁体相互作用产生的信号是由反冲质子引起的，反冲质子通过弹性和非弹性散射激发了闪烁体中的分子。伽马射线与有机闪烁体相互作用时产生康普顿电子。散射反冲质子具有较短的射程和较高的线能量传输，在闪烁体中产生高浓度的三重态分子态。相比之下，康普顿电子具有比质子更长的射程，并且产生较低浓度的三重态和较高浓度的单重态，因此可基于psd方法实现对中子和伽马射线甄别。通常用品质甄别因子(figure of merit,fom)评价psd
3、因此，制备一种可以长时间存放并具有中子与伽马射线有效甄别能力，优异力学硬度和光学透明度的聚硅氧烷闪烁体，成为研究热点之一。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有较高光学透度，良好中子与伽马射线甄别性能和优质力学硬度的聚硅氧烷闪烁体及其制备方法和应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采取的具体技术方案是：
3、本专利技术一种聚硅氧烷闪烁体，所述聚硅氧烷闪烁体由闪烁体基质以及共掺于基质中的主荧光染料、次级荧光染料与交联剂组成，所述闪烁体基质a为乙烯基封端聚甲基苯基硅氧烷,基质b为聚甲基苯基甲基氢硅氧烷，基质a与基质b组成基质聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(pss)，主荧光染料为二苯基恶唑(ppo)，次级荧光染料为7-二乙氨基-4-甲基香豆素(mdac)，交联剂为1,3-二乙烯基，1,3-二苯基，1，3-二甲基硅氧烷。
4、本专利技术制备的聚硅氧烷闪烁体，以聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(pss)作为闪烁体基质，掺杂主荧光染料ppo与次级荧光染料mdac，引入交联剂1,3-二乙烯基，1,3-二苯基，1，3-二甲基硅氧烷增加闪烁体的硬度。结果发现引入交联剂的聚硅氧烷闪烁体不仅硬度上得到提高，还能提升染料的溶解浓度与存放时间，所得聚硅氧烷基塑料闪烁体具有良好的中子和伽马射线甄别能力，同时具有很好的抗辐照性能、机械强度和光学稳定性。
5、优选的方案，所述主荧光染料在聚硅氧烷基塑料闪烁体中的质量分数为4-6％，所述次级荧光染料在聚硅氧烷闪烁体中的质量分数为0.02-0.10％。交联剂在聚硅氧烷闪烁体中的质量分数为5％-15％。
6、专利技术人发现，当主荧光染料ppo质量分数为5-6wt％、次级荧光染料mdac质量分数为0.04-0.10wt％时，交联剂1,3-二乙烯基，1,3-二苯基，1，3-二甲基硅氧烷质量分数为10％-15％时，制备的聚硅氧烷基塑料闪烁体在具有较好光学透明度的同时具有最好的中子与伽马射线甄别能力,也具备极佳机械硬度。
7、可以看出，在本专利技术中，聚硅氧烷闪烁体基质中掺杂的荧光染料质量很少，这首先是由于聚硅氧烷基底对染料的溶解度远不如聚甲基苯乙烯基底，更重要的是专利技术人发现，在选用本专利技术的荧光染料时，低浓度染料掺杂的情况下，聚硅氧烷闪烁体也可以实现有效的中子与伽马射线甄别。
8、当然在本专利技术中，主荧光染料ppo的加入量还是需要有效控制的，当主荧光染料加入过多时，ppo的自吸收现象将更加明显，导致闪烁体整体发光效率的降低，而且当接近ppo溶解的阈值时，会出现明显的染料沉淀使得聚硅氧烷闪烁体光学透明度变差，还会导致聚硅氧烷闪烁体的机械性能下降。当ppo量加入过少时，会导致闪烁体中单重态密度不足，使得单重态之间相互碰撞的几率减少，最终导致闪烁体中子与伽马射线甄别能力的下降。
9、同时，次级荧光染料mdac的加入量同样需要有效控制的。当mdac加入过多时，mdac较强的染色能力使得闪烁体明显发黄导致闪烁体光学透明度下降并进一步导致闪烁体发光效率降低，过量的mdac在聚硅氧烷基质中并不能稳定存在，容易发生染料沉淀导致闪烁体的光学寿命降低。当madac加入量过少时，对ppo自吸收现象的消除作用减弱，导致闪烁体发光效率降低。
10、交联剂1,3-二乙烯基，1,3-二苯基，1，3-二甲基硅氧烷的加入量也需要有效的控制，交联剂加入量过少，聚硅氧烷闪烁体硬度下降，严重的会导致成品过于柔软不能完全固化。当加入量过多时，聚硅氧烷硬度过高，在高温固化时候容易出现产品破裂。
11、优选的方案，所述聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(pss)由乙烯基封端聚甲基苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚获得，所述乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比分别为7:3、8:2、9:1。
12、专利技术人发现，在本专利技术的聚合反应过程中，将乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷和氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比控制在上述比例，在加入合适浓度的交联剂最终所得聚硅氧烷闪烁体的透明度最佳，力学性能最优。主次荧光染料在基质中的溶解速率慢且难以均匀分布，为了加快染料的溶解，专利技术人使用甲苯作为助溶剂，将主次荧光染料溶解于甲苯，在将溶解之后的混合溶液加入基质。
13、本专利技术还提供了上述的一种聚硅氧烷闪烁体的制备方法，包括以下步骤：将乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷和以氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合均匀获得前驱体溶液；将所述主荧光染料与所述次级荧光染料溶解在有机溶剂甲苯中，再与所述前驱体均匀混合，再一起加入交联剂得到混合液；利用真空泵真空抽出混合液中的甲苯，再加入karstedt催化剂，之后密封，放入初始温度为45℃的油浴锅中，马上升温到60℃保温4h,然后升温到80℃固化36h,完成固化后停止加热自然冷却到室温得所述塑料闪烁体。
14、在本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高硬度能中子与伽马射线甄别的聚硅氧烷闪烁体，其特征在于：所述聚硅氧烷闪烁体由闪烁体基质，交联剂以及共掺于基质中的主荧光染料、次级荧光染料组成，所述闪烁体基质为聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(PSS)，主荧光染料为二苯基恶唑(PPO)，次级荧光染料为7-二乙氨基-4-甲基香豆素(MDAC)。
2.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷闪烁体，其特征在于：所述主荧光染料在聚硅氧烷闪烁体中的质量分数为4-6wt％、次级荧光染料在聚硅氧烷闪烁体中的质量分数为0.04-0.10wt％时，交联剂1,3-二乙烯基，1,3-二苯基，1，3-二甲基硅氧烷在聚硅氧烷闪烁体中的质量分数为10％-15％。
3.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷闪烁体，其特征在于：所述聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(PSS)由乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚获得，所述乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比分别为7:3,8:2，9:1。
4.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷闪烁体，其特征在于：所
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种聚硅氧烷闪烁体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，将乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷和氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合获得前驱体溶液，再将主荧光染与次级荧光染料溶于甲苯并与交联剂1,3-二乙烯基1,3-二苯基1，3-二甲基硅氧烷一起加入前驱体溶液中，然后加入Karstedt催化剂获得混合溶液，经过固化后得到聚硅氧烷闪烁体。
6.根据权利要求5所述的一种聚硅氧烷闪烁体的制备方法，其特征在于：所述前驱体溶液中，乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷和氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比分别为7：3，8：2，9：1。
7.根据权利要求5所述的一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的制备方法，其特征在于：所述前驱体溶液中，主荧光染料的质量分数为4-6％，次级荧光染料质量分数为0.04-0.10wt％时，交联剂1,3-二乙烯基，1,3-二苯基，1，3-二甲基硅氧烷质量分数为10％-15％。
8.根据权利要求5所述的一种聚硅氧烷闪烁体的制备方法，其特征在于：所述Karstedt催化剂中，Pt载量为2wt％，每克前驱体溶液中加入Karstedt催化剂1μL。
9.根据权利要求5所述的一种聚硅氧烷闪烁体的制备方法，其特征在于：所述聚合反应的温度为：45℃-80℃，聚合反应的时间为40h。
10.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高硬度能中子与伽马射线甄别聚硅氧烷闪烁体的应用，其特征在于：将所述聚硅氧烷闪烁体应用于中子探测器。
...【技术特征摘要】
1.一种高硬度能中子与伽马射线甄别的聚硅氧烷闪烁体，其特征在于：所述聚硅氧烷闪烁体由闪烁体基质，交联剂以及共掺于基质中的主荧光染料、次级荧光染料组成，所述闪烁体基质为聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(pss)，主荧光染料为二苯基恶唑(ppo)，次级荧光染料为7-二乙氨基-4-甲基香豆素(mdac)。
2.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷闪烁体，其特征在于：所述主荧光染料在聚硅氧烷闪烁体中的质量分数为4-6wt％、次级荧光染料在聚硅氧烷闪烁体中的质量分数为0.04-0.10wt％时，交联剂1,3-二乙烯基，1,3-二苯基，1，3-二甲基硅氧烷在聚硅氧烷闪烁体中的质量分数为10％-15％。
3.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷闪烁体，其特征在于：所述聚甲基苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(pss)由乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚获得，所述乙烯基封端的聚甲基苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比分别为7:3,8:2，9:1。
4.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷闪烁体，其特征在于：所述主荧光染料为ppo,次级荧光染料mdac,将基质的发光波长红移到光电倍增管工作的最佳工作的波长区间。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种聚硅氧烷闪烁体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，将乙烯基...
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