[发明专利]一种铽离子激活闪烁光纤面板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤面板制备领域，具体涉及一种铽离子激活闪烁光纤面板及其制备方法。

背景技术

闪烁体材料是一类在吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，是一种能量转换体。在高能物理与核物理、地球探测、工业和医学成像等领域发挥着十分重要的作用。近年来，随着X射线成像技术，特别是X射线断层成像（X-ray CT）和正电子发射X射线断层成像技术（PET）的迅速发展，传统胶片成像的方法已远不能适应实际的需求。

闪烁光纤面板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，同时具备了闪烁体材料和光纤面板的功能，具有数值孔径高、级间耦合损失小、空间分辨率高、光学零厚度等特点。高能射线辐射产生的荧光被束缚在光纤内部沿光纤传输，理论上其空间分辨率与光纤长度无关，因此可以根据实际需要，灵活设计闪烁光纤面板的厚度，在提高探测效率的同时保持高的空间分辨率。

目前在 X 射线成像中广泛应用的闪烁转换屏主要是由闪烁晶体、微柱结构的CsI(TI)晶体膜等闪烁材料构成。这些闪烁材料制备工艺复杂、生产成本高昂，大批量和大尺寸生产难度大，且始终存在探测效率和分辨率相互制约的矛盾。对于X射线等高能射线，为提高闪烁转换屏的探测效率，必然会增加转换屏中闪烁材料的厚度，使高能射线的能量可以在有效的路径上得到充分沉积，而厚度的增加又会使转换屏成像的空间分辨率降低。因此，传统的X射线转换屏很难同时满足高空间分辨率和高X射线探测效率的要求。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的不足，提供了一种集光性能良好，空间分辨率高，可将X射线等高能射线转化为可见光的铽离子激活闪烁光纤面板及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案来实现：

一种铽离子激活闪烁光纤面板的制备方法，包括以下步骤：

①按原料组分称取各原料，将所有原料混合并研磨均匀，得到配合料；

②将步骤①中得到的配合物倒入铂金坩埚中，然后将坩埚放入玻璃熔化炉中制成玻璃熔体，熔化温度为1450~1500℃，熔化后保温时间2~4小时；保温期间每间隔0.5小时对玻璃熔体进行一次搅拌，搅拌时间0.5小时。

③将步骤②中所述玻璃熔体倒入经预热处理的铸铁模具上铸模成形，铸铁模具的预热温度：400~500℃，待玻璃成形后放置于马弗炉中进行保温退火处理，退火条件为600~700℃，保温4小时，然后关闭电炉电源随炉冷却至室温。

④将步骤③中退火后闪烁玻璃经过切割、表面磨削、抛光后加工成芯料玻璃棒，即为用于制备闪烁光纤面板的铽离子激活闪烁玻璃芯料棒。

⑤将步骤④中制备闪烁玻璃芯料棒与光纤面板的皮料玻璃进行棒管匹配，拉制成闪烁光学纤维（简称闪烁光纤），然后将闪烁光纤以最紧密堆积方式排列，并在相邻光纤的空隙间填充光吸收玻璃，经热熔压成型制备成闪烁光纤面板坯板，坯板经过光学加工制成所需尺寸的闪烁光纤面板。

进一步地，制备该闪烁光纤面板所用的芯料玻璃材料为铽离子激活闪烁玻璃，制备铽离子激活闪烁玻璃的原料组分质量百分比为：

SiO₂ ：28%~40%；BaF₂：5~10%；BaO：25~30%；Al₂O₃：1~2%；Gd₂O₃：10~20%；Tb₂O₃：8~18%；Ce₂O₃：0~2%；Dy₂O₃：0~2%；Sb₂O₃：0~1%。

本发明还提供一种铽离子激活闪烁光纤面板，根据上述的闪烁光纤面板制备方法制备得到。

所述铽离子激活闪烁光纤面板，包括阵列排布的数条闪烁光纤，以最紧密堆积方式排列，光纤两端一一对应，每一根光纤构成一个像素点，单根芯料玻璃直径最小为6微米；在X射线等高能射线激发时，产生的可见光（波长范围在450~700nm）被束缚在光纤内部沿预定路线传播；在相邻光纤之间的空隙中填充有光吸收玻璃，可防止X射线激发产生的可见光相互串扰。