[发明专利]一种二价铕激活锂硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热中子探测用二价铕激活锂硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法，涉及无机稀土发光材料领域。本发明将三价铕(Eu³⁺)掺杂到锂硼酸盐玻璃体系中，通过玻璃中部分B₂O₃被0.1‑5mol％的BN替代后，即可在空气气氛中制备出透明的二价铕(Eu²⁺)激活锂硼酸盐闪烁玻璃。该锂硼酸盐闪烁玻璃体的组分及其百分含量分别为:Li₂O 0‑66.67mol％，B₂O₃0‑100mol％，BN 0‑8mol％，其余成分为外掺杂稀土Eu³⁺离子。所发明的锂硼酸盐玻璃中富含中子俘获截面较大⁶Li和(或)¹⁰B等化合物，通过核反应闪烁玻璃能高效地俘获中子能量并传递给二价铕离子发光中心，从而达到中子探测的目的。此外，由于玻璃固有的透明性，制备工艺简单，组分易调，可实现低成本、大体积等特点，使其在中子探测、中子飞行时间、石油测井、无损探伤及中子照相等领域中具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种热中子探测用锂硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法,具体涉及一种二价铕激活锂硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法,属于发光材料领域。

背景技术

闪烁材料是一种将α、β、γ或X射线等高能粒子的电离能转化为紫外/可见光的光功能材料，近年来在高能物理、核物理、天体物理、地球物理、工业探伤、医学成像和安全检测等领域得到了广泛的应用。而中子是一种不带电的亚原子强粒子，不会引起物质电离，几乎不与核外电子相互作用。目前对中子的探测通常基于中子与原子核相互作用所产生的次级粒子的检测来实现。因此，要实现对热中子离子的有效探测，闪烁材料基质中必须富含中子俘获截面较大的⁶Li和（或）¹⁰B等核素。

目前中子探测器主要包括气体探测器，液体探测器和固体探测器。固体闪烁体本身的紧凑性及方便携带等优势在中子探测领域中具有重要应用前景。在使用固体探测器探测中子时， ⁶LiF/Zns:Ag或¹⁰B₂O₃/Zns:Ag等组合混合物是使用最多的复合闪烁材料。其中⁶LiF（或¹⁰B₂O₃）晶体可增强闪烁体与中子相互作用的概率，通过核反应将俘获中子的能量传递给高效ZnS:Ag发光体。正如专利公开号为CN10220265A，名称为“探测中子的闪烁组合物及其制备方法”发明专利中的技术背景所述，这种复合闪烁材料必须通过光学透明粘合材料（粘合剂）将⁶LiF/Zns:Ag或¹⁰B₂O₃/Zns:Ag有效组合在一起，导致在使用过程中存在一系列无法克服的问题。首先，占据大量空间的粘合剂将两种粉末组合在一起，与粘合剂或ZnS：Ag两者所占据的空间相比，⁶LiF（或¹⁰B₂O₃）所占据的空间量非常小，导致有效锂（或硼）密度比预期的更低，减少了对中子的俘获几率。其次，两种单独的粒状粉末即⁶LiF（或¹⁰B₂O₃）和ZnA：Ag粉末混合后，发射光经过内部界面的散射和透射过程中的吸收（包括被ZnS：Ag的自吸收），其强度将极大地受到损耗。这些损耗机制诱导出所谓的“厚度限制”问题，即中子探测用复合闪烁体厚度超过其阈值（如⁶LiF/Zns:Ag约为1 mm）时，尽管增强了复合闪烁体对中子的俘获能力，但相应的光输出却没有进一步提高。因此，不能获得连续大型体积的复合闪烁体，进而导致许多有用形状的高效中子探测装置难以投入实际应用。