[发明专利]一种表面具有微透镜阵列的塑料闪烁体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面具有微透镜阵列的塑料闪烁体及其制备方法，解决现有闪烁探测与辐射成像系统中闪烁体与光电器件分离的情况下，光电器件接收荧光效率低、系统性能受限的问题。表面具有微透镜阵列的塑料闪烁体包括塑料闪烁体，所述塑料闪烁体表面还设置有微透镜阵列，所述微透镜阵列由半球状小球组成，且半球与半球之间呈六角形密实堆积；所述微透镜阵列的小球直径为4～10μm；所述塑料闪烁体的厚度大于等于10μm。同时，本发明还提供一种制备上述表面具有微透镜阵列塑料闪烁体的制备方法。

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，具体涉及一种表面具有微透镜阵列的塑料闪烁体及其制备方法。

背景技术

闪烁探测器及辐射成像系统在高能物理与核物理实验、核医学成像、宇宙射线与暗物质探测等领域中得到了广泛应用，其发挥着重要的作用，是一种不可替代的探测器种类。闪烁体与光电探测器件是闪烁探测器及辐射成像系统前端的两大关键器件之一，闪烁体将射线或高能粒子沉积的能量转换为光学波段荧光辐射出来，荧光被光电器件收集并终转化为电信号输出，最终被后端电学系统记录，从而实现对射线粒子能量、时间、强度、空间位置等参数测量。因此，闪烁体的光产额、时间响应、发光空间分布特性对探测器及成像系统性能具有重要影响。

塑料闪烁体是闪烁体中应用最为广泛的一类闪烁体，塑料闪烁体通常由基质材料(溶剂)、第一发光物质、第二发光物质(移波剂)组成，经过聚合反应形成稳定的有机闪烁发光材料。塑料闪烁体易于制成大体积的透明材料，便于加工成各种形状，且具有不潮解、性能稳定、耐辐照、衰减时间短、价格低廉等优点，可用于实现中子、伽马射线及带电粒子测量和辐射成像，是闪烁探测及辐射成像应用中十分常见的闪烁体类型。

根据测量辐射场类型和特征的不同，闪烁探测器及辐射成像系统中的闪烁体与光电器件存在两种不同的耦合方式。一种是闪烁体与光电器件紧密接触或通过光学耦合油/光导耦合；另一种是闪烁体与光电器件分开一定距离，通过空气或真空耦合；采用第一种方式时，光耦合效率高，光电器件接收荧光出射角几乎涵盖-90°～+90°的范围，荧光出射角度分布对闪烁探测器及辐射成像系统性能影响相对较小；但是这种耦合方式下光电器件与闪烁体处于相近的位置，光电器件容易受到辐射直照形成干扰本底，甚至出现光电器件功能失常或损毁。采用第二种耦合方式时，光电器件避开束流通道，可以有效避开射线或辐射粒子的直照干扰，确保探测系统安全并能提高测量结果的信噪比，此方式是一种在脉冲辐射场诊断、瞬态过程辐射成像中常用的耦合方式。但是，采用第二种方式时，光耦合效率低，光电器件只能接收到比较小的一个立体角度范围内出射的荧光，因此闪烁荧光的角分布、光电器件与闪烁体相对位置对闪烁探测器及辐射成像系统的探测效率、灵敏度、信噪比、时间与空间分辨等性能具有重要影响，若能够调控闪烁体荧光的出射角分布，使荧光更集中地朝向光电探测器件方向出射，则能够改善探测系统的信噪比、灵敏度、时间-空间分辨等性能。

在微观层面上，闪烁体发光中心产生的荧光是向空间各个方向均匀发射的。对薄片状闪烁体，宏观上表现为闪烁体出射的荧光在空间服从朗伯型分布，即出射面法线(垂直于出射面)θ方向的荧光强度正比于cosθ，也就是闪烁光在法线方向出射最强。一般地，闪烁体垂直于射线入射方向放置，光电探测器件偏离射线入射角度方向(也即闪烁体平面法线方向)并在一定距离外接收闪烁荧光，只有一个很小立体角范围内出射的闪烁光能够进入探测器，其他方向的闪烁光则被浪费掉，未被探测的荧光经周围材料散射还可能对探测器形成干扰本底，这限制了闪烁探测器及辐射成像系统探测效率、信噪比等性能的提升。