[发明专利]用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃的组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃材料领域，具体涉及一种用于制备闪烁光纤面板的闪烁玻 璃的组合物及其制备方法。

背景技术

闪烁体材料能将X射线等高能射线转化为可见光，还能够实现对观察目标 的高分辨率空间成像，随着闪烁体材料的研发成功和性能的不断提高，使得人 类在高能物理、生物医学技术、空间探测、工业探测以及核探测技术等方面的 活动得以加强和发展，特别是X射线等高能射线诊断和观察在各种生物医学和 工业重点装备的信息获取及变送系统中得到了广泛的应用。常用的闪烁体材料 有无机闪烁晶体、闪烁玻璃以及有机闪烁体等，但是闪烁晶体在制备过程中对 设备的要求较高，制备困难，价格昂贵，而且晶体生长缓慢，晶体生长周期长， 其大批量和大尺寸生产难度大；而有机闪烁体虽然光输出很高，闪烁速度快， 但是有机闪烁体的密度低，不耐辐照，因此具有优良耐辐照性能、快速衰减时 间、高分辨率成像的闪烁体材料是近年来研究的热门课题。

闪烁光纤面板是用高折射率的闪烁玻璃材料作为芯料，低折射率玻璃材料 为皮料拉制而成的光学纤维经过排列组合，在加温加压的条件下，依靠皮料玻 璃的软化将光学纤维互相粘合在一起的一个整体，它是在闪烁体材料和光纤面 板的技术基础上发展起来的一种新型功能器件，它同时具备了闪烁体材料和光 纤面板的功能，具有全反射、光学零厚度以及空间分辨率高的特点，它可以实 现对硬X射线等高能射线转化为可见光输出图像，实现对观察目标的高分辨率 空间成像，还可组成特殊的大信息量的集成诊断系统，实现将所获得的信息进 行高保真的传输；而且因为闪烁光纤面板采用了光学纤维的独特结构设计，它 可以做得很厚，X射线等高能射线的能量可以在较长的路径上得到充分沉积， 转化效率高，降低了X射线等高能射线成像时辐射的剂量，提高了成像的分辨 率，克服了传统的晶体膜探测存在的探测效率和分辨率相互制约的矛盾，解决 了单一闪烁玻璃材料能量分辨率低的问题；而且闪烁光纤面板制备方法简单， 成本低廉，光学性质容易得到保证，易于实现大批量、大尺寸的工业化生产， 制备出大尺寸的闪烁光纤面板。而高折射率、高密度、耐辐照、光输出高、衰 减时间短、响应快、余辉短、对硬X射线敏感、化学稳定性好、抗析晶性能优 良、抗热冲击性能优良的闪烁玻璃材料即为制备闪烁光纤面板用的芯料玻璃材 料，且芯料玻璃材料的化学组成可以在很宽的范围内改变，光学性质容易得到 保证，可以根据需要设计不同的分辨率，制备出各种闪烁性质不同的闪烁光纤 面板。

闪烁玻璃的性能主要包括密度、闪烁性能、耐辐照性能等，为满足应用在 高能辐照环境中的闪烁光纤面板的要求，制备闪烁光纤面板的闪烁玻璃应具有 如下性能：

(1)具有较高的密度(密度大于5.0g/cm³)：密度越大，玻璃材料对X 射线的截止本领愈大，辐射长度x0和莫里埃(Moliere)半径Rm就愈小，而 小的莫里埃半径可以减少两个相邻光电子之间的重叠或干扰，便于“辨认”， 小的辐射长度可以减小探测器的体积，从而降低成本。

(2)耐辐照性能优良：玻璃在X射线等高能射线的辐照下，将引起玻璃 的色泽和透明度的下降，使其发出的荧光不能透过或被玻璃材料本身吸收，甚 至造成材料结构缺陷。

(3)短余辉：电子从高能级向低能级跃迁时，将发出光电子，为了避免 光电子之间的互相干扰或污染，要求进行快速探测，快速探测要求快速闪烁， 即响应快、余辉短。

(4)优良的热加工工艺性能：抗析晶性能优良，可以经受在玻璃软化温 度下长时间加热变形，拉制成光纤；具有高折射率，保证在光纤状态下高效传 输荧光，在粘度上与皮料玻璃相匹配，有利于光纤成型，同时具有良好的化学 稳定性和抗热冲击性能。

在目前已经报道过的闪烁玻璃中，研究较多的是稀土掺杂离子为发光中心 的闪烁玻璃，而Ce³⁺掺杂闪烁玻璃因为淬灭效应使其引入量受到较大的限制， 从而影响其发光强度；而有些稀土离子会对玻璃的光碱度敏感，使玻璃的紫外 及可见吸收截止波长产生红移，从而影响玻璃的紫外与可见光透过性，而且这 些闪烁玻璃材料主要是单一的作为闪烁体材料使用，其能量分辨率较差，不能 实现对观察目标的高分辨率空间成像，到目前为止还没有应用于闪烁光纤面板 的闪烁玻璃的公开报道。

发明内容